专利名称：使用基于钽合金的溅射靶的增强晶种层的淀积的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及溅射靶。更具体地，本发明涉及晶种层(seedlayer)的淀积，该晶种层用于垂直磁记录(“PMR”)所采用的磁记录介质，其中晶种层有助于随后淀积的底层和/或粒状磁性层的晶粒细化和减少晶格失配，并且其中使用基于钽(Ta)合金的溅射靶来淀积晶种层。
相关技术的描述直流(“DC”)磁控溅射法广泛应用于各种领域，例如半导体涂膜和/或在磁性记录介质的表面上成膜，以使得在衬底上薄膜材料的淀积，其厚度得以精确控制并且其在窄的原子级别误差(atomic fractiontolerances)内。在一个通常的结构中，通过将磁体置于靶的后表面，将跑道形状的磁场应用于溅射靶。电子在溅射靶附近被捕获，提高了氩离子的产生并增加了溅射速度。该等离子体内的离子与溅射靶的表面碰撞，使得溅射靶从溅射靶的表面发射应原子。阴极溅射靶和待涂膜的阳极衬底间的电压差使得发射原子在衬底表面上形成所需要的膜。
其它常用溅射法包括常规共溅射，和采用多分区(triatron)的共溅射。在共溅射法中，有独立电源的多个独立溅射靶位于真空箱内并被同时溅射，其中通过选择性地溅射多个溅射靶中的一个或一个以上来控制所淀积表面的均匀性。例如，为使用常规共溅射来溅射X1-X2薄膜，将含X1的溅射靶与含X2的溅射靶置于真空箱内，然后溅射同时发生在两个溅射靶上。另一方面，多分区结构共溅射采用有多个独立组成区域的单个溅射靶。若使上述例子适于多分区结构，单个多分区溅射靶将具有仅含X1的区域和仅含X2的区域，其中将两个区域同时共溅射以淀积X1-X2薄膜。
在常规磁性记录介质的生产中，通过多个溅射靶将薄膜层依次溅射到衬底上，导致薄膜“叠层(stack)”的淀积，其中每个溅射靶含不同材料。
图1显示了用于常规磁记录介质的典型薄膜叠层100。叠层100的底部是非磁性衬底101，通常是铝或玻璃。晶种层104淀积于衬底101上，其中晶种层104确定更高层的粒状结构的形状和取向，且晶种层104通常含钽(Ta)。可将磁性或非磁性层102可选择地淀积于衬底101和晶种层104之间，其中层102可包括另外的底层、反铁磁性层(anti-ferromagnetic layer)或其它类型的层。
然后，将底层105，其一般包括一到三个离散层，淀积于晶种层104上，其中底层105通常是极弱磁性的、晶体的和密排(close-packed)六方晶格的(“HCP”)。底层105用于增强垂直于膜平面的、随后淀积的、基于钴(Co)的磁性数据存储粒层106的Co(0002)结构(texture)，导致增加介质的垂直各向异性。将磁性数据存储粒层106随后淀积于底层105上，将非必须的其它层107，如润滑层或碳(C)外敷层，淀积于粒层106上。
底层105增强随后淀积的磁性数据存储粒层106的晶体结构。此外，如果磁性数据存储粒层106在晶粒细化的晶体底层上外延生长，磁性数据存储粒层106的晶粒也得到细化。另外，底层105和磁性数据存储粒层106的紧密晶格匹配提供了基本无缺陷的界面，从而有可能降低平面内磁化。
磁性记录介质上每单位面积存储的数据量与磁性数据存储粒层的冶金特性和组成直接相关，且相应地，与溅射靶的材料直接相关，从该溅射靶材料溅射磁性数据存储粒层。近几年，磁性数据存储工业致力于一种称为‘PMR’(与常规‘纵向磁记录法’(“LMR”)相对)的技术，以满足对数据存储能力持续增长的需求。将垂直单极记录头与软底层结合使用，使得PMR的写效率更高，其中垂直于磁性记录介质的平面来记录比特，从而允许更小的比特尺寸和更大的矫顽磁力(coerivity)。预计将来PMR可提高磁盘矫顽磁力和增强磁盘信号振幅，从而转化为出色的档案数据保存。
为在PMR介质中得到高的记录密度，热稳定性要高并且噪声特性要低。为在PMR介质中达到关键的热稳定性和介质噪声指标，一种方法是提供有高磁晶各向异性(Ku)的磁畴(magnetic domain)的粒状磁性介质，并在结构绝缘、磁绝缘和电绝缘(structurally，magneticallyand electrically isulating matrix)的基体中封装(encapsulate)细晶粒显微组织(microstrucfure)。尽管常规LMR已需要大量的各向异性能量，PMR需要更精细的晶粒显微组织，且有充分的晶粒-晶粒隔离(grain-to-grain segregation)和可忽略的磁畴间干扰，以实现低的介质噪声特性和高的热稳定性。
富氧晶界区域的包括极大提高了晶粒细化并提供了优异的微结构绝缘、磁绝缘和电绝缘。就这一点，因为晶界区域中的氧(O)形成无定型的、硬的和脆的晶界区域，该区域限制晶粒生长并协助这些含氧化物粒层的晶粒细化，所以含氧(O)磁性数据存储粒层106通常包括至少一个基于CoCrPt的合金层。通常也将其它高力矩或低力矩基于CoPt(Cr)(B)的磁性数据存储粒层随后淀积于这个基于CoCrPt的磁性数据存储粒层上，以调节与具体磁头设计相应的饱和磁化强度。
因此，非常希望在已知的溅射靶合金和组成的基础上进行改进，以协助有更高数据存储能力的磁性数据存储粒层的淀积，尤其对用于PMR的磁性数据存储粒层而言。具体地，非常理想的是提供一种溅射靶，当溅射为晶种层时，其为随后淀积的底层和/或磁性数据存储粒层提供更高的结晶度和进一步的晶粒细化。
发明概述本发明一般地涉及溅射靶。更具体地，本发明涉及晶种层的淀积，该晶种层用于PMR所采用的磁记录介质，其中晶种层有助于随后淀积的底层和/或粒状磁性层的晶粒细化和减少晶格失配，并且其中使用基于钽(Ta)合金的溅射靶来淀积晶种层。
根据第一方案，本发明是涉及磁性记录介质，包括衬底和淀积于衬底上的晶种层，该晶种层含钽(Ta)和成合金元素。该磁记录介质还包括淀积于晶种层上的底层，和淀积于底层上的磁性数据存储粒层。体心立方(boby centered cubic)钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
成合金元素促进晶体晶种层中的晶粒细化。如同晶体底层的细化晶粒有助于随后淀积的粒状磁性层的晶粒细化一样，如果将底层外延淀积在基于晶体钽(Ta)合金的细化晶粒的晶种层上面，该底层可实现同样的效果。通过把基本纯的钽(Ta)与元素熔合，该元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中作为晶粒细化元(refiner)，本发明促进晶粒细化。因此，体心立方(“BCC”)钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度很小或没有，从而成合金元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中形成无定形晶界，并且通过在加工过程中进一步限制晶粒生长而有助于晶粒细化。
所述成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。
根据第二方案，本发明涉及磁性记录介质，包括衬底和淀积于衬底上的晶种层，该晶种层含钽(Ta)和成合金元素。该磁性记录介质还包括淀积于晶种层上的底层，和淀积于底层上的磁性数据存储粒层。成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。
由于BCC(110)平面与钌(Ru)的HCP(0002)平面的对称性，通过把晶体晶种层与钽(Ta)及室温或更高温度下溶于钽(Ta)的元素熔合，本发明有助于减少晶体底层和基于钽(Ta)合金的晶种层的晶格失配，该晶体底层例如钌(Ru)或基于钌(Ru)的底层，或含不同贱金属的底层。这些成合金元素与钽(Ta)在室温或高温下形成固溶体，因而相应地修改了钽(Ta)的平面内(in-plane)晶格参数，从而减少了晶格失配。在室温或高温下，基于钽(Ta)合金的晶种层中的成合金元素在钽(Ta)中有一定的固溶度，因此成合金元素与钽(Ta)形成取代型固溶体并影响钽(Ta)的平面内a-晶格参数。另外，成合金元素是非磁性或弱磁性的，其质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。因为钽(Ta)的平面内晶格参数高于钌(Ru)，所以该成合金元素的原子半径小于钽(Ta)的原子半径1.47。
成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。在一个实施例中，底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金。底层也可含其它贱金属或元素。
根据第三方案，本发明涉及磁性记录介质，包括衬底和淀积于衬底上的晶种层，该晶种层含钽(Ta)和成合金元素。该磁性记录介质还包括淀积于晶种层上的底层，和淀积于底层上的磁性数据存储粒层。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。
因此，通过使用成合金元素，其在钽(Ta)合金中形成无定形晶界并提高结晶度，本发明提供了钽(Ta)合金晶种层，其既作为随后淀积层的晶粒细化元，又作为用于消除残余界面应力的晶格失配减少元(reducer)。
成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铂(Pt)和铬(Cr)。
根据第四方案，本发明涉及制造磁性记录介质的方法，包括从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方的步骤，其中溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。所述方法还包括如下步骤从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上，和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
使用共溅射方法或装置，或使用多分区结构，来溅射第一晶种层、第一底层和/或第一磁性数据存储粒层。
根据第五方案，本发明涉及制造磁性记录介质的方法，包括从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方的步骤，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。所述方法还包括如下步骤从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上，和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
根据第六方案，本发明是制造磁性记录介质的方法，包括从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方的步骤，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。所述方法还包括如下步骤从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上，和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
根据第七方案，本发明涉及溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
成合金元素选自硼(B)、碳(C)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。
根据第八方案，本发明涉及溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。
成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。
根据第九方案，本发明涉及溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。
成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铂(Pt)和铬(Cr)。
根据第十方案，本发明涉及用于多分区结构溅射的溅射靶，包括含钽(Ta)的第一区域和含成合金元素的第二区域。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
根据第十一方案，本发明涉及用于多分区结构溅射的溅射靶，包括含钽(Ta)的第一区域和含成合金元素的第二区域。成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。
根据第十二方案，本发明涉及用于多分区结构溅射的溅射靶，包括含钽(Ta)的第一区域和含成合金元素的第二区域。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。
在优选实施方案的下列描述中，结合作为实施方案一部分的附图进行说明，其中以示例的方式显示了一个可实施本发明的具体实施方案。应当理解，在不偏离本发明精神的范围内可使用其它实施方案，也可进行改变。
附图简要说明关于附图，其中相似的参考号在全文中代表相应的部分。
图1描述了用于常规PMR介质的典型薄膜叠层；图2描述了薄膜叠层，其中根据本发明的一个实施方案，通过溅射靶溅射晶种层；图3是钽(Ta)膜的X射线衍射光谱，其说明本发明能够提高随后淀积的HCP底层的结晶度，同时减少晶格失配；图4描述了基本纯的钽(Ta)膜和钌(Ru)膜的晶格失配；图5是流程图，其描述了根据本发明的第二实施方案制造磁性记录介质的方法；和图6A和6B描述了根据本发明的第三实施方案，用于多分区结构的溅射靶的顶视图和剖面图。
发明详述通过在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层上淀积底层，本发明有助于底层和随后淀积的磁性数据存储粒层中的进一步晶粒细化。基于钽(Ta)合金的晶种层包括作为晶粒细化元的成分，因为该成分在钽(Ta)中的室温(“RT”)(约20-23℃，或68-73)溶解度有限，从而形成无定形晶界，进一步限制粒层中钽(Ta)的晶粒生长。通过把基于钽(Ta)合金的晶种层与室温或高于室温的温度下溶于钽(Ta)的元素熔合，本发明有助于减少晶种层和底层的晶格失配，从而使界面的残余应力最小并提高了结晶度。
如同晶体底层的细化晶粒有助于随后淀积的粒状磁性层的晶粒细化一样，如果将底层外延淀积在基于晶体钽(Ta)合金的细化晶粒的晶种层上面，该底层可实现同样的效果。通过把基本纯的钽(Ta)与元素熔合，该元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中作为晶粒细化元。体心立方(“BCC”)钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度很低或不溶，从而该成合金元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中形成无定形晶界，并且通过在加工过程中进一步限制晶粒生长而有助于晶粒细化。
成合金元素是非磁性或弱磁性的，其质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。下面表1提供了一系列成合金元素，其可与钽(Ta)熔合形成增强合金，该增强合金有助于晶种层膜中的晶粒细化，也可使用满足这些特征的其它元素。
表1有助于晶种层膜中晶粒细化的成合金元素可采用高的原子百分数，如基于钽(Ta)的合金中的50％，来加入成合金元素，也可采用更高或更低的原子百分数，如1％、5％、15-25％或40-50％。在室温或更高温度下，也可加入成合金元素至超过其最大溶解度。“高于”室温或“高温”是指超过室温的任何温度，通常认为室温为大约20-23℃，或68-73。高于室温或高温的示例温度如25℃、100℃、1000℃、2500℃或5000℃。
通过把基于钽(Ta)合金的晶种层熔合(alloying)，使界面的残余应力最小且提高结晶度，本发明有助于减少晶种层和底层的晶格失配。BCC(110)平面是在室温淀积条件下淀积于无定形衬底上的约30纳米钽(Ta)膜的主要晶体取向。由于BCC(110)平面与钌(Ru)的HCP(0002)平面的对称性，通过把晶体晶种层与钽(Ta)及室温或更高温度下溶于钽(Ta)的元素熔合，本发明有助于减少钌(Ru)或基于钌(Ru)的晶体底层和基于钽(Ta)合金的晶种层间的晶格失配，这些成合金元素在室温或高温下与钽(Ta)形成固溶体，因而相应地改变了钽(Ta)的平面内晶格参数，从而减少了晶格失配。
在室温或高温下，基于钽(Ta)合金的晶种层中的成合金元素在钽(Ta)中有一定的固溶度，因此成合金元素与钽(Ta)形成取代型固溶体并影响钽(Ta)的平面内a-晶格参数。另外，成合金元素是非磁性或弱磁性的，其质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。因为钽(Ta)的平面内晶格参数高于钌(Ru)，所以该成合金元素的原子半径小于钽(Ta)的原子半径1.47。根据上述标准，表2(下面)提供了一系列成合金元素，其可与钽(Ta)熔合形成合金，该合金有助于跟随后淀积的底层形成可能的晶格匹配，进一步提高结晶度。
表2提高结晶度＆减少晶格失配的合金元素以室温或更高温度下成合金元素在钽(Ta)中的溶解度为准，基于钽(Ta)合金的晶种层中成合金元素的加入量在溶解度范围内，或超过溶解度的上限。
图2描述了薄膜叠层，其中根据本发明的一个实施方案，通过溅射靶溅射晶种层。简言之，磁性记录介质包括衬底和淀积于衬底上的晶种层，该晶种层含钽(Ta)和成合金元素。磁性记录介质还包括淀积于晶种层上的底层，和淀积于底层上的磁性数据存储粒层。
更具体地，磁性记录介质200包括衬底201和淀积于衬底上的晶种层204，晶种层204含钽(Ta)和成合金元素。层202，其包括一个或多个底层、反铁磁性层或其它类型的层，淀积于衬底201和晶种层204之间，在本发明可替换的方案中，层202可被省略。
磁性记录介质200还包括淀积于晶种层204上的底层205，和淀积于底层205上的磁性数据存储粒层206。磁性记录介质200还包括层207，层207包括一个或多个层，例如碳(C)外敷层或润滑层，在本发明可替换的方案中，层207可被省略。
底层205含钌(Ru)或钌(Ru)基合金，虽然本领域常用的其它贱金属也可与钌(Ru)联用或者代替钌(Ru)使用。具体地，镍(Ni)、铽(Tb)或钛(Ti)也可用作底层，以及在室温中有HCP结构的任何材料均可用作底层。
根据与此方案相关的一个方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。其它满足上述标准的成合金元素也可与所列元素联用，或者代替所列元素使用。
同样地，把基本纯的钽(Ta)与成合金元素熔合，该成合金元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中作为晶粒细化元。BCC钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度很小或没有，从而该成合金元素在基于晶体钽(Ta)合金的晶种层膜中形成无定形晶界，并且通过在加工过程中进一步限制晶粒生长而有助于晶粒细化。
根据与此方案相关的第二个可替换的方面，成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。其它满足上述标准的成合金元素也可与所列元素联用，或者代替所列元素使用。
在此，通过把基于钽(Ta)的晶种层熔合，减少了晶种层和底层间的晶格失配，从而使界面的残余应力最小且提高了结晶度。在室温或高温下，基于钽(Ta)合金的晶种层中的成合金元素在钽(Ta)中有一定的固溶度，因此成合金元素与钽(Ta)形成取代型固溶体并影响钽(Ta)的平面内a-晶格参数。
根据与此方案相关的第三个可替换的方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铂(Pt)和铬(Cr)。其它满足上述标准的成合金元素也可与所列元素联用，或者代替所列元素使用。
如上详述，这个具体的方面既得益于晶粒的细化又得益于晶格失配的减少。具体地，通过使用成合金元素，其在基于钽(Ta)合金的晶种层膜中形成无定形晶界并提高结晶度，本发明提供了钽(Ta)合金，其既作为随后淀积的层的晶粒细化元，又作为用于消除残余界面应力的晶格失配减少元。
使用共溅射方法或装置，或使用多分区，来溅射第一晶种层、第一底层和/或第一磁性数据存储粒层。如上所述，在共溅射方法中，带独立电源的多个独立溅射靶同时位于真空箱内，其中通过选择性的溅射多个溅射靶中的一个或一个以上来控制溅射表面的均匀性。
本发明涉及基于钽(Ta)合金的晶种层，其与底层和/或磁性数据存储粒状介质层联合淀积于用于PMR的介质叠层。通过将底层外延淀积在基于钽(Ta)合金的晶体晶种层上，本发明有助于底层的晶粒细化。其中，由于室温中钽(Ta)的成合金元素在钽(Ta)中只有有限的溶解度或不溶，因此钽(Ta)的成合金元素通过形成无定形晶界并进一步限制晶粒生长而作为晶粒细化元。另外，通过使用与钽(Ta)形成固溶体的成合金元素来扩张和/或收缩晶格，本发明有助于减少基于HCP的底层和基于BCC钽(Ta)合金的晶种层之间的晶格失配，并提高底层的结晶度。
应用本发明，因为在增强的晶体晶种层上形成随后淀积的层，晶种层晶粒得到了细化，且磁性介质叠层中的垂直各向异性相应增加，该磁性介质叠层包括含CoPt(Cr)(B)氧化物的磁性数据存储粒状介质层和/或基于HCP的底层。通过引入成合金元素，使得晶体晶种层与HCP底层晶格失配的可能性最小。通过形成固溶体，成合金元素倾向于留在晶格中，从而影响钽(Ta)的平面内(a-晶格)参数。由于这些改进，PMR介质叠层的信噪比(“SNR”)和Ku得到了改善。
图3是30纳米钽(Ta)膜的XRD光谱，其说明成合金元素能够提高HCP底层的结晶度。如图所示，当在室温中在无定形衬底上淀积钽(Ta)膜时，钽(Ta)膜是晶体的且BCC钽(Ta)的(110)平面平行于膜表面。由于BCC钽(Ta)的(110)平面的对称性，它是适于HCP(0002)平面平行于膜表面的钌(Ru)膜生长的非常理想的表面。如图3所示，钌(Ru)底层或基于钌(Ru)合金的底层中的强(0002)取向也促进粒状磁性记录层中的强(0002)织构生长。在图4的实施例中，以它们各自的晶体取向，基本纯的钽(Ta)膜和钌(Ru)膜的晶格失配率为约5.6％。把钽(Ta)与溶于钽(Ta)的成合金元素熔合基本消除了这个5.6％的失配率。
图5是流程图，其描述了根据本发明的第二实施方案制造磁性记录介质的方法，简言之，制造磁性记录介质的方法，包括从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。所述方法还包括，从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上，和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
更具体地，该过程开始(步骤S500)，将某些层，如反铁磁性层或底层，淀积于衬底上(步骤S501)。在本发明可替换的方案中，步骤S501可被省略。从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素(步骤S502)。通过上面对步骤S501的描述可以容易地理解，通过将第一晶种层溅射到衬底“上方(over)”，第一晶种层并不必须与衬底有直接的物理接触(尽管当然认为有这种可能性)，因为可将其它层淀积于衬底和第一晶种层之间。
根据与此方案相关的一个方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。
根据与此方案相关的第二个可替换的方面，成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。
根据与此方案相关的第三个可替换的方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。达到这些参数并可用作成合金元素的元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铂(Pt)和铬(Cr)。
从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上(步骤S504)。第一底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金，在可替换的方面，本领域常用的元素也可与钌(Ru)联用或者代替钌(Ru)使用，例如镍(Ni)或钛(Ti)。将第一底层与晶种层共溅射，也可将晶种层分别溅射。
从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上(步骤S505)。将第一磁性数据存储粒层与晶种层和/或第一底层共溅射，也可从第一磁性数据存储粒层将晶种层和/或第一底层分别溅射。将其它层，如碳(C)外敷层和/或润滑层，溅射到第一磁性数据存储粒层上(步骤S506)，该过程结束(步骤S507)。在可替换的方案中，步骤S506可被省略。
图6A和6B分别描述了根据本发明的第三实施方案，用于多分区结构的溅射靶的顶视图和剖面图。简言之，用于多分区结构的溅射靶包括含钽(Ta)的第一区域和含成合金元素的第二区域。如图6所示，多分区结构共溅射采用有多个独立组成区域的单个溅射靶。该单个多分区溅射靶具有仅含钽(Ta)的区域和仅含X1的区域，其中将两区域同时共溅射以淀积Ta-X1薄膜。
更具体地，用于多分区结构的溅射靶601包括含钽(Ta)的第一区域602和含成合金元素的第二区域604。虽然第一区域602图解说明为外环，第二区域604图解说明为内环，在可替换的方面，各自的位置可以调换，或完全可以使用不同的形状或划分。
根据第一方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。其中，可能的成合金元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。
根据第二方面，成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47。其中，可能的成合金元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、硅(Si)、铝(Al)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。
根据第三方面，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47。其中，可能的成合金元素包括，但不限于，硼(B)、碳(C)、硅(Si)、铝(Al)和铬(Cr)。
根据另外一个未描述的方案，本发明涉及溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，其中，可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)。或者，成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且成合金元素的原子半径小于1.47，其中，可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)。再或者，体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且成合金元素的原子半径小于1.47，其中，可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、铂(Pt)和铬(Cr)。
根据本发明所公开的概念，基于钽(Ta)合金的溅射靶可用于制造晶粒细化的基于晶体钽(Ta)合金的晶种层，从而使晶体底层的晶粒细化并促进随后外延淀积的粒状磁性层。作为优点，本发明为使基于钽(Ta)合金的晶种层成合金提供了另一方法，减少了基于钽(Ta)合金的晶种层和底层之间的晶格失配，对底层的结晶度施加了有益的影响。在用于PMR的介质叠层中，所有这些优点增强了SNR并增加了垂直各向异性。
以上用具体的说明性实施例描述了本发明。应当理解本发明并不局限于上述实施例，本领域所属技术人员在不偏离本发明的精神和范围内可做各种修改和变化。
权利要求
1.一种磁性记录介质，包括衬底；淀积于所述衬底上的晶种层，所述晶种层含钽(Ta)和成合金元素；淀积于所述晶种层上的底层；和淀积于所述底层上的磁性数据存储粒层，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，和其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
2.如权利要求2所述的磁性记录介质，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)组成的组。
3.一种磁性记录介质，包括衬底；淀积于所述衬底上的晶种层，所述晶种层含钽(Ta)和成合金元素；淀积于所述晶种层上的底层；和淀积于所述底层上的磁性数据存储粒层，其中成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，和其中成合金元素的原子半径小于1.47。
4.如权利要求3所述的磁性记录介质，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)组成的组。
5.如权利要求3所述的磁性记录介质，其中所述的底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金。
6.一种磁性记录介质，包括衬底；淀积于所述衬底上的晶种层，所述晶种层含钽(Ta)和成合金元素；淀积于所述晶种层上的底层；和淀积于所述底层上的磁性数据存储粒层，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，和其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，和其中成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，其中成合金元素的原子半径小于1.47。
7.如权利要求6所述的磁性记录介质，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铂(Pt)和铬(Cr)组成的组。
8.如权利要求6所述的磁性记录介质，其中所述的底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金。
9.制造磁性记录介质的方法，包括如下步骤从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg；从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上；和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
10.如权利要求9所述的方法，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)组成的组。
11.如权利要求9所述的方法，其中用共溅射装置溅射第一晶种层、第一底层和/或第一磁性数据存储粒层。
12.制造磁性记录介质的方法，包括如下步骤从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，且其中成合金元素的原子半径小于1.47；从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上；和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
13.如权利要求12所述的方法，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)组成的组。
14.如权利要求12所述的方法，其中用共溅射装置溅射第一晶种层、第一底层和/或第一磁性数据存储粒层。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述的第一底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金。
16.制造磁性记录介质的方法，包括如下步骤从第一溅射靶将至少第一晶种层溅射到衬底上方，其中第一溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，其中成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，且其中成合金元素的原子半径小于1.47；从第二溅射靶将至少第一底层溅射到第一晶种层上；和从第三溅射靶将至少第一磁性数据存储粒层溅射到第一底层上。
17.如权利要求16所述的方法，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铝(Al)、硅(Si)、铂(Pt)和铬(Cr)组成的组。
18.如权利要求16所述的方法，其中用共溅射装置溅射第一底层、第一晶种层和/或第一磁性数据存储粒层用共溅射装置溅射。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述的第一底层含钌(Ru)或钌(Ru)基合金。
20.一种溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，和其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
21.如权利要求20所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)组成的组。
22.一种溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，和其中成合金元素的原子半径小于1.47。
23.如权利要求21所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)组成的组。
24.一种溅射靶，其中该溅射靶含钽(Ta)和成合金元素，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，其中成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，和其中成合金元素的原子半径小于1.47。
25.如权利要求24所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)和铬(Cr)组成的组。
26.一种用于多分区结构溅射的溅射靶，所述的溅射靶包括含钽(Ta)的第一区域；和含成合金元素的第二区域，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，和其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
27.如权利要求26所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、钛(Ti)、钒(V)、锰(Mn)、铬(Cr)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、镱(Yb)、镥(Lu)、铪(Hf)、铋(Bi)和钨(W)组成的组。
28.一种用于多分区结构溅射的溅射靶，所述的溅射靶包括含钽(Ta)的第一区域；和含成合金元素的第二区域，其中成合金元素在室温或高温下溶于钽(Ta)，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，和其中成合金元素的原子半径小于1.47。
29.如权利要求28所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)、铬(Cr)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)和铂(Pt)组成的组。
30.一种用于多分区结构溅射的溅射靶，所述的溅射靶包括含钽(Ta)的第一区域；和含成合金元素的第二区域，其中体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，其中成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg，其中成合金元素在高于室温的温度下溶于钽(Ta)，和其中成合金元素的原子半径小于1.47。
31.如权利要求30所述的溅射靶，其中成合金元素选自硼(B)、碳(C)和铬(Cr)组成的组。
全文摘要
用于磁性记录介质的晶种层，通过含钽(Ta)和成合金元素的溅射靶在衬底上形成该晶种层。体心立方钽(Ta)相中成合金元素的室温溶解度不超过10原子百分数，且成合金元素的质磁率小于或等于1.5×10
文档编号C23C14/34GK1959813SQ20061007171
公开日2007年5月9日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年11月2日
发明者阿纳尔班·达斯, 迈克尔·吉恩·拉辛 申请人:黑罗伊斯公司