专利名称：增强型溅射靶合金成分的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及溅射靶，并且具体涉及由溅射靶溅射的磁性数据存储薄膜，其中所述溅射靶包括具有改良的冶金性能的合金成分。
背景技术：
在很多领域中都广泛使用DC磁控溅射工艺在衬底上提供具有精确受控厚度和窄的原子分数容限的薄膜材料淀积，例如在磁记录介质的表面上涂覆半导体和/或形成薄膜。在常用的结构中，通过将磁体放置在靶的背面而给溅射靶施加跑道形状的磁场。电子在溅射靶附近被俘获，由此改善了氩离子产量并增加了溅射率。该等离子体中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原子。阴极溅射靶和要被涂覆的阳极衬底之间的电压差使得发射的原子在所述衬底的表面上形成期望的膜。
传统的磁记录介质通常包括若干薄膜层，它们由多个溅射靶顺序溅射到衬底上，其中每个溅射靶可以由不同材料构成。如图1所示，用于传统的磁记录介质的典型薄膜叠层包括非磁性衬底101、种层102、至少一个非磁性铬基衬层104、至少一个微磁性钴基中间层105、至少一个磁性数据存储层106和润滑层108。
磁记录介质上每单位面积可存储的数据量与数据存储层的冶金性能和成分直接相关，并且相应地，也与溅射形成数据存储层的溅射靶的材料相关。图2示出了通过振动样品磁强计(VSM)技术获得的数据存储薄膜层的典型的磁滞回线。利用该工艺，使用由电磁体施加的磁场，VSM准静态地驱动磁体围绕其磁滞回线。样品在磁场中振动，测量系统检测施加的磁场(H)和在施加的磁场中样品的磁化强度(M)。图2示出了沿施加的磁场(H)的方向材料磁化强度(M)的变化。
磁滞参数包括饱和(或最大)磁化强度(MS)、零磁场剩余磁化强度(Mr)、矫顽力(Hc)、矫顽方形比(S*＝1-(Mr/Hc)/(dM/dH))、剩磁方形比(S＝Mr/Ms)。零磁场剩余磁化强度(Mr)(或剩磁)是在驱动磁场降为零时测量的剩余磁化强度，矫顽力(Hc)是在饱和之后将磁化强度驱动为零所需的反向磁场。这些宏观特性确定了如脉冲形状、振幅和分辨率这样的读回信号(S0)变量。
当前用于传统磁记录介质的主要材料为铁磁性的Co-Cr-Pt-B基合金，其被布置为纳米尺度晶粒的阵列，并且每个晶粒典型地为10nm或更小。在晶界处的晶粒间隙通常很窄，并且晶粒间隙通常不足以阻止静磁和晶粒间交换。
有三种方式用于减少薄膜噪声晶界处的成分偏析，多层的应用，和物理晶粒分离。简而言之，通过在由非磁性薄层隔开铁磁性薄膜的叠层中应用磁性多层，或者通过在低温和高压力下溅射薄膜而产生“空隙晶粒结构”，可以降低磁介质中的噪声并增加数据存储能力。
在多层的应用或物理晶粒分离中，溅射参数在进行介质晶粒的物理分离中是很关键的。需要进一步研究显微性质如晶粒尺度、晶粒耦合和晶粒结晶取向以改善这些技术从而提高薄膜的噪声性能(N)。进一步，为了生成更优良的磁记录介质，需要保证宏观磁性和微观磁性两者的最佳化。
对于用于降低噪声的第三种技术，通过向Co基体中加入不溶元素可以达到成分偏析的有限成功。例如，溅射四元合金如CoCrPtTa和CoCrPtB被证明是生成低噪声介质的有效方式，特别是使用含硼的薄膜。但是为了使硼(B)有效的减少晶粒耦合，CoCrPtB合金中的硼含量必须超过12原子百分数。但是当加入这样高原子百分数的硼(B)时，会使材料变得很脆并且在形成时易于破裂，即使是在高温处理的情况下。因此，高原子百分数的硼的添加会负面影响后续的热机械加工的材料适用性。
因此考虑希望提供在磁性数据记录层有致密晶粒结构的磁记录介质，以改善信噪比并提高潜在的数据存储能力。特别地，希望提供如含硼合金这样的具有改善的成分偏析的合金，其可以用在溅射靶中并与增强成分一起溅射到薄膜中。
发明内容
本发明通过提供一种用于溅射磁性数据存储薄膜层的溅射靶解决了上述问题，其中溅射靶由实现二次晶界沉淀的合金成分组成。
根据一种方案，本发明为溅射靶，所述溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
根据本发明的溅射靶包括金(Au)，选择金是因为它在钴(Co)和/或铬(Cr)中的固态不混溶性以及它与铂(Pt)结合而形成化学配比良好的化合物分子式的趋势，其中所述化合物包括低分数的铂(Pt)原子和主要分数的添加元素。这种条件对于在钴(Co)基体中保持足够的铂(Pt)原子分数而不损失矫顽力是很关键的。通过添加在钴或铬中不溶的元素，由此所添加的元素将从Co-Pt相中被排斥并被迫进入晶界，从而增加了晶粒的隔离并由此提高了信噪比。
溅射靶进一步还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
溅射靶进一步包括0-7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。
形成根据本发明的溅射靶的合金包括化合物，其在介质的晶界处成核并生长，从而提供另一种类型的晶粒物理隔离。希望其它具有低扩散性的添加元素如钨(W)和钼(Mo)提供新的成核位置，这允许进一步的晶粒细化并促使更多的铬(Cr)向晶界偏析。
根据第二种方案，本发明为磁记录介质，它包括衬底和形成在衬底上的数据存储薄膜。所述数据存储薄膜包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
所述数据存储薄膜的矫顽值在1000奥斯特和4000奥斯特之间，并且在信噪比方面具有相应的四元CoCrPtB合金之上的1.5dB的增益。
通过改变矫顽力以落入该范围，在饱和后驱使磁化强度为零所需的反转磁场可被调整落入用户所希望的参数范围。因此信噪比(S0/N)将增加，意欲高密度磁记录的薄膜的总体磁性能将改善。由溅射靶溅射的薄膜层在信噪比方面具有相应的四元CoCrPtB合金之上的0.5dB到超过1.5dB的增益，其中相应的四元CoCrPtB合金被定义为与Co-Cr-Pt-B-Au合金具有相同的钴(Co)、铬(Cr)、铂(Pt)、硼(B)的原子百分数，但不添加任何金(Au)。
根据第三种方案，本发明为制造磁记录介质的方法，其包括从溅射靶溅射至少第一数据存储薄膜到衬底上的步骤，所述溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
根据第二方面，本发明为磁记录介质，它包括衬底和形成在衬底上的数据存储薄膜。所述数据存储薄膜包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的X1，其中X1是从包括了Ag、Ce、Cu、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、In、La、Lu、Mo、Nd、Pr、Sm、Tl、W和Yb的组中选择的元素。
在下面的优选实施例的描述中，参照了形成为其一部分的附图，图中通过描述的方式显示了一个可以实践本发明的具体实施例。应当理解，只要不脱离本发明的范围，也可以使用其它的实施例并且可以进行变化。
图1显示了传统的磁记录介质的典型的薄膜叠层；图2显示了磁性材料的典型的M-H磁滞回线；图3显示了根据本发明的一个实施例的薄膜叠层，其中磁性数据存储层由包括了增强成分的溅射靶溅射；图4显示了Co-Cu相图；图5显示了Cr-Cu相图；图6显示了Cu-Pt相图；图7显示了Co-14Cr-12.5Pt-6Cu-12B at.％合金的典型的铸态微观结构；
图8的蚀坑显示了枝状相中Cu3Pt的分布。
具体实施例方式
为了得到用于溅射靶材料的最佳成分，通过在CoCrPtB基体中添加选出的第五和/或第六种成分，本发明允许磁记录介质的增加的数据存储量。
图3显示了根据本发明的一个实施例的磁记录介质，其中数据存储薄膜层由包括了增强成分的溅射靶溅射。简而言之，磁记录介质包括衬底和形成在衬底上的数据存储薄膜层。所述数据存储薄膜层包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
更具体地，磁记录介质300包括非磁性衬底101、种层102、至少一个非磁性铬基衬层104、至少一个微磁性钴基中间层105、数据存储薄膜层306和润滑层108。如上所述，磁记录介质300上的数据存储薄膜层包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。在另一种备用方案中，磁记录介质300省略了种层102、衬层104、中间层105和/或润滑层108。
磁记录介质300通过由溅射靶在衬底101上溅射数据存储薄膜层306而生成，其中所述溅射靶也包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。溅射工艺在材料科学中是熟知的。
本发明的溅射靶包括从过渡族、难熔族和稀土族中选择的元素。这些元素是根据它们在钴(Co)和/或铬(Cr)中的固态不混溶性以及它们与铂(Pt)结合而形成化学配比良好的化合物分子式的趋势来选取的，这一点将在下面进行全面讨论。
溅射靶和相应的数据存储薄膜层进一步包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。溅射靶和相应的数据存储薄膜层还包括0-7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。在另一种备用的方案中，可以省略元素X1和/或X2。
通过添加在钴或铬中不溶的元素，所添加的元素将从钴和铬相中被排斥并被迫进入晶界。形成根据本发明的溅射靶的合金包括化合物，其在介质的晶界处成核并生长，从而提供另一种类型的晶粒物理隔离。添加元素钨(W)和钼(Mo)提供新的成核位置，这允许晶粒细化并促使更多的铬(Cr)向晶界偏析。
通过用大直径过渡元素如铂(Pt)、钽(Ta)、铱(Ir)和钐(Sm)形成合金，从溅射靶溅射的磁性数据存储薄膜层被形成为具有在1000奥斯特和超过4000奥斯特之间的矫顽力值。通过改变矫顽力以落入该范围，在饱和后驱使磁化强度为零所需的反转磁场可被调整落入用户所希望的参数范围。因此信噪比将增加，意欲高密度磁记录的薄膜的总体磁性能将改善。显微性质如晶粒粒度、晶粒耦合和晶粒结晶取向决定薄膜的噪声性能(N)。宏观磁性和微观磁性的优化对于生成最佳的磁盘是必要的。
根据本发明的一个方面，在溅射靶中使用的第一元素为钴。钴作为大多数数据存储应用中的关键元素具有低矫顽力，并且需要添加大直径过渡元素如铂(Pt)、钽(Ta)、铱(Ir)和钐(Sm)以形成矫顽力值在1000奥斯特到超过4000奥斯特之间的合金。
铬作为数据存储应用中的第二关键元素在合金中达到两个主要目的。首先，通过氧化和钝化合金的表面以防止进一步的氧化，铬降低了合金中的腐蚀电位。其次，磁性合金中铬的存在允许晶界处或晶粒内其它元素如硼的其它晶相的沉淀，有助于降低噪声。
如上所述，第三元素硼已被预先使用以降低晶粒耦合。但是为了使硼(B)有效地减少晶粒耦合，CoCrPtB合金中的硼含量必须超过12原子百分数，这使材料即使在高温处理的情况下形成时也会变得很脆并使得目标材料不适于后续的热机械加工。根据本发明的溅射靶因此包括合金添加物，其补充硼的有益的晶间耦合降低效果，并同时保持可接受的热机械合金可加工性。
在本发明中，使用金是因为它在钴(Co)和/或铬(Cr)中的固态不混溶性以及它与铂(Pt)结合而形成化学配比良好的化合物分子式的趋势。这些选出的元素形成化合物分子式，其包括低分数的铂(Pt)和主要分数的添加元素，这种条件对于在钴(Co)基体中保持足够的铂(Pt)原子分数以不影响矫顽力是很关键的。
金(Au)形成将会在介质晶界处成核并生长的化合物，其提供另一种类型的晶粒的物理分离。另外，其它具有低扩散性的添加元素如钨(W)和钼(Mo)提供新的成核位置，这允许进一步的晶粒细化并促使更多的铬(Cr)向晶界偏析。
图4至图6分别显示了二元Co-Cu、Cr-Cu和Cu-Pt合金的相图，示出了添加铜作为所选择的添加物的效果。在室温下，界定 (图4)和Cr(图5)固溶体区范围的溶解度曲线与温度轴融合在一起，这表明Cu在这些固溶体中只有可被忽略的溶解度。由此，图4和图5显示了在室温下铜添加物是如何被钴和铬分别排斥的，并且未被Co-Cr晶粒吸收。因此，铜添加物被迫进入晶界，增加了晶粒分离并改善了信噪比。
在图6中，Cu-Pt相图数据显示了Cu3Pt和CuPt两种有序相的形成。由于Cu3Pt是包括低分数的铂(Pt)和主要分数的铜的化合物分子式，所以化学配比最好的相将是Cu3Pt。如果Cu3Pt形成，钴(Co)基体中将能保持充足的铂(Pt)原子分数，从而不影响矫顽力。
图7显示了Co-14Cr-12.5Pt-6Cu-12B原子百分比合金的铸态微观结构。该微观结构包括由共晶基体(显示为片状相)围绕的主枝状相(显示为浅灰色)。枝状相具有少量溶解的Cr的富CoPtCu相。共晶基体基本上为CrCoB相。
图8是晶粒的SEM显微照片或背散射电子图像。这些图像中的对比度源自各个相的组成部分的原子量的差别。尽管枝状相显示为单相，但是化学腐蚀样品揭示了另一种富铜(Cu)相的存在。在这方面，图8显示了其中“坑”在晶界处可被辨别的树枝状晶体的高放大倍数的图像，这是因为在腐蚀时富Cu3Pt相被择优侵蚀。
通过根据本发明用溅射靶溅射磁性数据存储薄膜层，对于包括Co-14Cr-12.5Pt-6Cu-12B的合金和具有各种铜(Cu)成分的其它类似的基体合金已报导在最佳的Hc和Ms处在信噪比方面达到了0.5dB到超过1.5dB的增益。
根据第二种方案，本发明为磁记录介质，它包括衬底和形成在衬底上的数据存储薄膜层。所述数据存储薄膜层包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
根据第三种方案，本发明为制造磁记录介质的方法，其包括从溅射靶在衬底上溅射至少第一数据存储薄膜层的步骤，所述溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
上面根据特别示出的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于上述的实施例，只要不脱离本发明的精神和范围，本领域中的普通技术人员可以进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种溅射靶，其中所述溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
2.根据权利要求1的溅射靶，其中所述溅射靶还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
3.根据权利要求1的溅射靶，其中所述溅射靶还包括0-7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。
4.根据权利要求3的溅射靶，其中所述溅射靶还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
5.一种磁记录介质，包括衬底；和数据存储薄膜层，其形成在所述衬底上，其中，所述数据存储薄膜层包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
6.根据权利要求5的磁记录介质，其中所述数据存储薄膜层还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
7.根据权利要求5的磁记录介质，其中所述数据存储薄膜层还包括0-7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。
8.根据权利要求7的磁记录介质，其中所述数据存储薄膜层还拷贝X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
9.根据权利要求5的磁记录介质，其中所述数据存储薄膜层具有在1000奥斯特和4000奥斯特之间的矫顽力值。
10.根据权利要求5的磁记录介质，其中所述数据存储薄膜层在信噪比方面具有相应的四元CoCrPtB合金之上的至少1.5dB的增益。
11.一种制造磁记录介质的方法，其包括从溅射靶在衬底上溅射至少第一数据存储薄膜层的步骤，所述溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。
12.根据权利要求11的制造磁记录介质的方法，其中所述溅射靶还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
13.根据权利要求11的制造磁记录介质的方法，其中所述溅射靶还包括0-7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。
14.根据权利要求13的制造磁记录介质的方法，其中所述溅射靶还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。
全文摘要
一种溅射靶，该溅射靶包括钴(Co)、大于0且小于等于24原子百分数的铬(Cr)、大于0且小于等于20原子百分数的铂(Pt)、大于0且小于等于20原子百分数的硼(B)和大于0且小于等于10原子百分数的金(Au)。该溅射靶进一步还包括X1，X1从包括钨(W)、钇(Y)、锰(Mn)和钼(Mo)的组中选出。该溅射靶进一步还包括0－7原子百分数的X2，X2从包括钛(Ti)、钒(V)、锆(Zr)、钕(Nb)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铪(Hf)、钽(Ta)和铱(Ir)的组中选出。
文档编号G11B5/65GK1900350SQ20051012033
公开日2007年1月24日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年7月19日
发明者阿卜杜勒－瓦哈卜·齐亚尼, 程远达, 贝恩德·孔克尔, 迈克尔·巴尔托洛莫伊尔茨 申请人:黑罗伊斯有限公司