垂直磁记录介质及其制造和相应的磁存储装置的制作方法

专利名称：垂直磁记录介质及其制造和相应的磁存储装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够记录大量信息的磁记录介质，并且更具体而言，涉及用于高密度 磁记录的磁记录介质。
背景技术：
垂直磁记录方法具有稳定的记录状态，因为相邻的磁化不是对准的，并且这种方 法本质上适用于高密度记录。垂直磁记录介质主要由软磁性底层、晶种层、中间层和磁记录 层的沉积层结构构成。所述软磁性底层具有抑制磁头产生的磁场扩展作用和有效磁化磁记 录层的作用。所述晶种层和中间层具有控制磁记录层中的氧化物偏析和晶体取向的作用。 通常，在磁记录层中使用CoCrPt合金中掺杂有诸如SiO2的氧化物的粒状记录层。通过在由 CoCrPt合金形成磁性粒子周围、在磁性粒子边界处氧化物的偏析来减小磁簇的尺寸。为了 获得良好的记录和重放性能，一种情况是减小磁簇尺寸。为了进一步改善记录和重放性能并提高记录密度，必须提高写入性能，并且除了 减小磁记录层中磁簇的尺寸之外，提高写入性能的一种方式是减小软磁性底层与磁头之间 的距离。如上所述，软磁性底层具有防止记录头所产生的磁通量的扩展并有助于写入磁记 录层的双重作用。因此，通过减小这些组件之间的距离，可以实现记录头更陡的磁场梯度和 更有效的记录。减小软磁性底层与磁头之间距离的一种方法也减小了磁头的飞行距离并使得保 护层、润滑层、磁记录层和中间层的膜厚度变薄。从可靠性考虑，保护层和润滑层的膜厚度 减小受到限制。磁记录层膜厚度减小，引起了对热振动抵抗性劣化、噪声增大且信号质量劣 化的问题。因为中间层和晶种层具有控制磁记录层的取向和晶体性质的作用，所以限制了 中间层和晶种层膜厚度的变薄并且同时保持了磁记录层的特性。在提高写入性能的另一种尝试中，例如日本未审专利申请公布No. 2003-123239、 No. 2007-179598和No. 2004-288348，提出了通过用软磁性材料代替晶种层而有效减小软 磁性层与磁头之间距离的方法。在这些实例中，当用软磁性材料代替晶种层时，难以在不使 诸如磁记录层的晶体取向和磁簇尺寸的磁特性劣化的情况下提高写入性能。因此，能够有效提高写入性能的同时避免在现有方法中遇到的问题的方法和系统 是非常有益的。

发明内容
根据一个实施方案，垂直磁记录介质包括在衬底上方的至少一个软磁性底层、在 至少一个软磁性底层上方的晶种层、在晶种层上方的中间层、在中间层上方的磁记录层以
4及在磁记录层上方的保护层，其中晶种层包括在第一晶种层上方的第二晶种层，其中第一 晶种层包括具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金，并且其中所述第二晶种层包括具有 FCC结构的软磁性合金。在另一个实施方案中，垂直磁记录介质包括在衬底上方的至少一个软磁性底层、 在至少一个软磁性底层上方的晶种层、在晶种层上方的中间层、在中间层上方的磁记录层 以及在磁记录层上方的保护层，其中晶种层为至少两个周期(cycle)的层积膜单元的层积 结构，所述层积膜单元包括第一晶种层和第二晶种层，其中第一晶种层包括具有面心立方 (FCC)结构的非磁性合金，并且其中第二晶种层包括具有FCC结构的软磁性合金。在诸如磁盘驱动系统的磁性数据储存系统中，可以实施这些实施方案中的任何一 个，所述磁性数据储存系统可以包括磁头、在磁头上方用于使磁介质(例如，硬盘)通过的 驱动机构以及电耦合到磁头的控制器。根据下列详细说明，将使本发明的其他方面和优势变得更加明显，其中结合附图， 通过本发明原理的实例来说明本发明的其他方面和优势。


图1是示出根据实施例1的垂直磁记录介质的层积结构的横截面图。图2是列出根据实施例1的垂直磁记录介质的目标组成、氩(Ar)气体压力和膜厚 度的表。图3是示出根据实施例1的垂直磁记录介质相对于比较例中的介质在晶体取向、 磁特性以及记录和重放特性方面的评估结果的表。图4是列出在根据实施例1的垂直磁记录介质的第一晶种层膜厚度发生变化时， 晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图5是列出在根据实施例1的垂直磁记录介质的第二晶种层膜厚度发生变化时， 晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图6是列出在实施例1的垂直磁记录介质的第二晶种层材料发生变化时，晶体取 向以及记录和重放特性的评估结果的表。图7是列出在将根据实施例1的垂直磁记录介质变为镍-钨-铬(NiWCr)合金时， 晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图8是示出根据实施例2的垂直磁记录介质的层积结构的横截面图。图9是示出列出根据实施例2的垂直磁记录介质的目标组成、氩(Ar)气体压力和 膜厚度的表。图10是列出根据实施例2的垂直磁记录介质相对于比较例中的介质在晶体取向、 磁特性以及记录和重放特性方面的评估结果的表。图11是列出在根据实施例2的垂直磁记录介质的晶种层中层数发生变化时，晶体 取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图12是列出在根据实施例2的垂直磁记录介质的第一晶种层和第三晶种层的膜 厚度发生变化时，晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图13是列出在根据实施例2的垂直磁记录介质的第二晶种层和第四晶种层的膜 厚度发生变化时，晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。
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图14是列出在根据实施例2的垂直磁记录介质的第二晶种层和第四晶种层的材 料发生变化时，晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。图15是列出在将根据实施例2的垂直磁记录介质的第一晶种层和第三晶种层变 为镍-钨-铬(NiWCr)合金时，晶体取向以及记录和重放特性的评估结果的表。
具体实施例方式为了说明本发明的基本原理而做出下列说明，但不能将本申请所主张的发明构思 限制在下述说明。此外，这里叙述的特定特征能够按各种可能组合和排列的每一种与其他 描述的特征结合使用。除非本文中有其他具体说明，否则所有术语具有其最广泛的可能解释，包括本说 明书所暗示的含义以及本领域技术人员所理解的和/或在词典、条约等中所限定的含义。还必须注意，除非有其他说明，本说明书和权利要求书中所使用的单数形式包括 多个对象。根据一般的实施方案，垂直磁记录介质包括在衬底上方的至少一个软磁性底层、 在至少一个软磁性底层上方的晶种层、在晶种层上方的中间层、在中间层上方的磁记录层 以及在磁记录层上方的保护层，其中晶种层包括在第一晶种层上方的第二晶种层，其中第 一晶种层包括具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金，并且其中第二晶种层包括具有FCC 结构的软磁性合金。在另一种一般实施方案中，垂直磁记录介质包括在衬底上方的至少一个软磁性底 层、在至少一个软磁性底层上方的晶种层、在晶种层上方的中间层、在中间层上方的磁记录 层以及在磁记录层上方的保护层，其中晶种层为至少两个周期的层积膜单元的层积结构， 所述层积膜单元包括第一晶种层和第二晶种层，其中第一晶种层包括具有面心立方(FCC) 结构的非磁性合金，并且其中第二晶种层包括具有FCC结构的软磁性合金。建议用于磁介质的现有技术的结构具有用于中间层和晶种层的较厚的膜厚度，并 且不能充分确保记录性能。另外，当中间层和晶种层的膜厚度变薄时，磁记录层的磁特性劣 化且不足以获得具有优异的记录和重放特性的磁记录介质。另外，当利用软磁性材料简单 替换晶种层时，不能避免磁记录层晶体取向的劣化和磁簇尺寸增加。鉴于上述问题，本发明的一个实施方案提供了一种垂直磁记录介质，所述垂直磁 记录介质通过选择晶种层的材料和结构的组合而具有改进的写入性能以及优异的记录和 重放特性的同时保持磁记录层的晶体取向和磁簇尺寸。为了获得改进的写入性能以及优异的记录和重放特性，根据一个实施方案的垂直 磁记录介质包括具有至少一个软磁性底层、晶种层、中间层、磁记录层和保护层的垂直磁记 录介质，所述至少一个软磁性底层位于衬底上方。晶种层具有从衬底侧形成的第一晶种层 和第二晶种层。第一晶种层为具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金。第二晶种层为具有 FCC结构的软磁性合金。优选地，在一个实施方案中，第一晶种层可以为镍-钨(NiW)合金。另外，在一个 优选实施方案中，NiW合金的钨(W)含量可以为不大于约20个原子百分比(at. %)。在另 一个实施方案中，第一晶种层可以为镍-钨-铬(NiWCr)合金。优选地，在另一个实施方案 中，第二晶种层可以为具有镍-铁(NiFe)或钴-铁(CoFe)作为主要成分的合金。另外，第二晶种层可以优选包括W、钒(V)和钽(Ta)中的至少一种。在另一个实施方案中，垂直磁记录介质包括具有至少一个软磁性底层、晶种层、中 间层、磁记录层和保护层的垂直磁记录介质，所述至少一个软磁性底层位于衬底上方。晶种 层为至少两个周期的层积膜单元的层积结构，所述层积膜单元是从所述衬底侧形成的第一 晶种层和第二晶种层。第一晶种层是具有FCC结构的非磁性合金。第二晶种层是具有FCC 结构的软磁性合金。根据一个实施方案，第一晶种层可以优选为NiW合金。另外，NiW合金的W含量可 以优选小于约20at. %0在另一个实施方案中，第一晶种层可以为NiWCr合金。另外，在另一种方法中，第 二晶种层可以优选为具有NiFe或CoFe作为主要成分的合金。另外，第二晶种层可以优选 包括W、V和Ta中的至少一种。根据一个实施方案，可以实现使得垂直磁记录介质具有改善的写入性能以及优异 的记录和重放特性，同时保持磁记录层中的晶体取向和磁簇尺寸。根据该实施方案，垂直磁记录介质由衬底上方的粘合剂层、粘合剂层上方的软磁 性底层、软磁性底层上方的晶种层、晶种层上方的中间层以及中间层上方的垂直磁记录层 形成。对粘合剂层的材料不做特别限制，只要所述材料对衬底具有优异的粘附性以及良 好的表面平坦性即可；然而，在某些实施方案中，优选包括合金的结构，所述合金包含金属 Ni、Al、Ti、Ta、Cr、Zr、Co、Hf、Si和B中的至少两种。更具体地，在几种方法中可以使用 NiTa, AlTi、AlTa, CrTi、CoTi、NiTaZr、NiCrZr、CrTiAl、CrTiTa, CoTiNi、CoTiAl 等。对软磁性底层的材料不做特别限制，只要所述材料具有至少约1特斯拉的饱和磁 通量密度(Bs)、在磁盘衬底的径向方向上提供轴各向异性、在所述头的前进方向上测量时 具有矫顽力不大于约1. 6kA/m以及具有优异的表面平坦性即可。具体地，当可以使用具有 Co和/或Fe作为主要成分、可以掺杂有Ta、Hf、Nb、Zr、Si、B、C等的无定形合金时，获得 上述特性。膜厚度的最佳值根据磁头的结构和特征而变化，但在某些方法中可以优选在约 IOnm至约IOOnm的范围。如果膜厚度小于lOnm，则可能不充分吸收来自磁头的磁通量，并 且得到的写入效果不令人满意。另一方面，当厚度大于IOOnm时，则会产生写入污损，且记 录和重放特性劣化。无定形合金在X射线衍射谱图中除了空图案之外没有呈现明显的衍射 峰，或者根据高分辨率电子显微镜成像的晶格图像得到的其平均微粒尺寸不大于约5nm。在一种方法中，为了进一步减小软磁性底层中的噪声，可以在软磁性底层中插入 非磁性层，并且上部软磁性层和下部软磁性层可以通过非磁性层进行抗磁性或静磁耦合。 如果非磁性层中的上部软磁性层和下部软磁性层的磁矩相等，则优选地，磁通量在两个层 之间回流，且两个层的磁畴状态都更加稳定。用于非磁性层中的材料优选为Ru、Cr或Cu。 在某些方法中，上部软磁性底层和下部软磁性底层的耦合量级的最佳值根据磁头的结构和 特性而变化。在这种情况下，可以对非磁性层的膜厚度进行改变和调整，或者在非磁性层中 可以掺杂并调整诸如Co、Fe等的第三元素。晶种层可以由在衬底侧的第一晶种层和第二晶种层的两层结构构成。在衬底上方 形成的第一晶种层可以由具有FCC结构的非磁性材料制成，并且具有控制第二晶种层和中 间层晶体性质以及在磁记录层中的氧化物的晶界偏析的一个目的。在一个实施方案中，具有W含量不大于约20at. %的NiW合金可以为具有FCC结构的非磁性合金并且可以用作第 一晶种层的材料。在NiW合金中，作为铁磁元素Ni产生磁矩，但Ni合金具有比Fe或Co合 金更短的磁矩，如斯莱特-鲍林(Slater-Pauling)曲线所示。另外，NiW合金的磁矩比Ni 的磁矩小，因为磁矩因W而变弱，并且NiW合金变为非磁性材料。此处，非磁性材料具有不 大于约0. 1特斯拉的饱和磁通量。在一种方法中，第一晶种层的膜厚度可以根据组合中的 第二晶种层的膜厚度而具有不同的最佳值或范围，但优选约2nm至约Snm的范围。不期望 的效果是，如果晶种层比约2nm更薄，则作为晶种层的效果不令人满意，并且如果比约Snm 更厚，则通过X射线衍射所测量的晶粒尺寸变大且噪声增大。根据一种方法，第二晶种层可以由具有FCC结构的软磁性材料制成，并且可以以 控制下述之一的目的来形成第二晶种层磁头产生的磁场中的牵引作用、中间层的晶体性 质以及在磁记录层中的氧化物的晶界偏析。具体地，所使用的材料可以具有掺杂在具有FCC 结构的软磁性材料中的W、V和Ta中的至少一种，所述软磁性材料包含NiFe合金或CoFe合 金。另外，在一个实施方案中，饱和磁通量密度(Bs)优选为至少0.4特斯拉。在某些优选 实施方案中，第二晶种层的膜厚度的优选值可以根据组合中第一晶种层的膜厚度而变化， 但可以使用约2nm至约7nm范围内的值。不期望的效果是，如果晶种层比约2nm更薄，则晶 种层的性能不令人满意，并且如果比约7nm更厚，则通过X射线衍射所测量的晶粒尺寸变得 更大且噪声增大。在一个实施方案中，晶种层可以为多层结构，其中，第一晶种层和第二晶种层的两 层结构为一个单元膜。第一晶种层可以由NiW合金制成。第一晶种层的一个层的优选膜厚 度可以在约Inm至约4nm的范围内。不期望的效果是，如果比约Inm更薄，则作为晶种层的 效果不足，并且如果比约4nm更厚，则噪声增大。第二晶种层可以为在具有FCC结构的软磁 性材料中可以掺杂的W、V和Ta中的至少一种，软磁性材料包含NiFe合金、CoFe合金等。在 单位膜中的第二晶种层的膜厚度可以优选在约Inm至约4nm的范围内。不期望的效果是， 如果比约Inm更薄，则晶种层不足，并且如果比约4nm更厚，则噪声增大。在一种方法中，为了确保软磁性底层的表面平坦性，可以在软磁性底层与第一晶 种层之间插入非磁性层(平坦化层)。具体地，在某些方法中，可以使用诸如NiTa、Ta等的 非磁性合金或具有FCC结构或例如Pd、Ti等的六方密堆积(HCP)结构的合金。优选地，在 一个实施方案中，膜厚度可以小于约5nm。如果比5nm更厚，则不期望的效果是，在软磁性底 层与磁头之间的距离变长，并且写入性能劣化。当不能充分确保软磁性底层的表面平坦性 时，存在或不存在平坦化层都不是关键，因为不需要平坦化层。中间层可以为具有Ru的、Ru作为主要成分的并且具有HCP结构或FCC结构的合 金、具有粒状结构的合金等。另外，中间层可以为单层膜，但可以为在晶体结构中使用不同 材料的层积膜。当膜厚度变薄时，所以磁头与软磁性层之间的距离减小。然而，即使在与晶 种层组合时中间层的膜厚度不薄，则仍能够减小磁头与软磁性层之间的有效距离。具体地， 在一种方法中，优选厚度为至少约lOnm。如果比约IOnm更薄，则不期望的效果是，磁记录层 的晶体性质和磁记录层中氧化物的晶界偏析不足，并且当磁簇尺寸的增大时，噪声增大。在一个实施方案中，磁记录层可以为含有至少Co和Pt的合金。另外，在若干实 施方案中，可以使用在一个实施例中具有CoCrPt作为主要成分且可以掺杂氧化物的粒 状结构的合金，例如 CoCrPt-Si02、CoCrPt-TiO2, CoCrPt-MgO, CoCrPt-Ta2O5, CoCrPt-B2O3^
8CoCrPt-Nb2O5, CoCrPt-CoO以及含有上述氧化物中至少两种的CoCrPt合金。此外，可以使 用人造晶格膜，例如(Co/Pd)多层膜、(CoB/Pd)多层膜、(Co/Pt)多层膜、(CoB/Pt)多层膜寸。优选地，在一些实施方案中，磁记录层的保护层可以为具有碳作为主体的膜，其被 形成为厚度为从至少约2nm至不大于约8nm，并且保护层可以使用诸如全氟烃基聚酯的润 滑层。由此，可以获得更可靠的垂直磁记录介质。根据各种实施方案，衬底可以为玻璃衬底、由NiP电镀膜覆盖的Al合金衬底、陶瓷 衬底、具有通过纹理加工在表面上形成的同心圆形槽的衬底等。上面描述了垂直磁记录介质的实施方案，但包括磁记录层和软磁性底层的垂直磁 记录介质，例如离散轨道介质(DTM)、位图案化介质(BPM)、热辅助记录介质(HAMR)和微波 辅助记录介质(MAMR)可以获得与如上所述相同的效果。通过使用由NeoArk Co.，Ltd制造的克尔(Kerr)效应磁强计来评估磁记录层的 磁特性。测量波长为350nm，并且激光点半径为约1mm。在与介质表面相垂直的方向上施加 磁场。在20k0e(1580kA/m)的最大应用磁场下，进行主回路测量持续60秒，以确定矫顽力 (He)。从次回路测量中确定磁簇尺寸(Dn)，以作为磁化反转最小单位的平均值。通过使用 由Rigaku Corporation制造的X射线衍射仪，在Ru层衍射峰的半宽值(Δ θ 50)处评估了 晶体取向。通过使用由HitachiHigh-Technologies Corporation制造的自旋支架评估装 置，对记录和重放特性进行评估。用于评估的所述头为使用隧道磁阻(TMR)效应组合拖尾 屏蔽记录元件和重放元件的集成磁头。当在某一线性记录密度处记录数据并读出IO8比特 的数据时，将(错误比特数)/(读出比特数)设定为比特误差率(BER)。优选BER的值较 低。通过在19685-fr/mm的信号上写入3937-fr/mm的信号之后，使用具有19685-fr/mm记 录密度的信号的未完全擦除部分与3937-fr/mm信号的信号强度比来评估表示写入性能的 盖写(OW)特性。当OW值的下降时，显示出更好的写入性能。图1示出根据实施例1的垂直磁记录介质的层积结构。将厚度为0. 635nm且直径 为65mm (2. 5英寸晶片)的玻璃盘衬底用作衬底11。通过溅射(sputtering)相继地形成粘 合剂层12、软磁性底层13、平坦化层14、第一晶种层151、第二晶种层152、中间层16、第一 记录层171、第二记录层172和保护层18。图2示出一个实例，所述实例示出根据实施例1 的垂直磁记录介质(下文中，将其称作实施例1-1)中的目标组成、Ar气体压力和膜厚度。在实施例1中，首先，在衬底11上形成IOnm厚的NiTa，以作为粘合剂层12，然后在 其上方相继地形成15nm的FeCoTdr以作为软磁性底层131、0. 4nm的Ru以作为非磁性层 132以及15nm的FeCoTdr以作为第二软磁性层133。在顶部，形成4nm的平坦化层14。此 外，形成4nm的NiW以作为第一晶种层151、3nm的NiFeW以作为第二晶种层152、在IPa的 Ar压力下8nm的Ru和在5Pa的Ar压力下8nm的Ru以作为中间层16、13nm的CoCrPt-SiO2 以作为第一记录层171、4nm的CoCrPtB以作为第二记录层172以及3. 5nm的碳以作为保护 层18。然后，涂布由碳氟化合物稀释的全氟烃基聚酯材料润滑剂，并将表面磨光以制造实 施例1-1的垂直磁记录介质。当溅射气体为Ar并且形成磁记录层时，在20mPa分压下添加 氧。当形成保护层18时，在50mPa分压下添加氮，这与膜沉积期间0.6Pa的Ar压力形成对 比。作为实施例1-1的比较例，如图3中所示，仅用NiW层作为晶种层制备了比较例中的介质1-2、1_3 ；在没有NiW层的情况下制备了比较例中的介质1-4 ；以及使用软磁性材料 的第一晶种层和NiW合金的第二晶种层制备了比较例中的介质1-5。在比较例1-2中，晶种 层由单层结构构成，且由NiW合金形成，厚度为7nm。在比较例1_2中，除了晶种层之外的结 构与实施例1-1的情况相同。在比较例1-3中，以NiW合金的单层结构形成晶种层，厚度为 4nm,且在IPa的Ar压力下形成厚度为4nm并在5Pa下的Ar压力下形成厚度为8nm的Ru 以作为中间层。在比较例1-3中，除了晶种层和中间层之外的结构与实施例1-4中的相同。 在比较例1-4中，以NiFeW合金的单层结构形成晶种层，厚度为7nm。在比较例1_4中，除了 晶种层之外的结构与实施例1-1的相同。在比较例1-5中，以与实施例1-1中相反的顺序 形成了晶种层结构，且形成了 3nm的NiFeW合金以作为第一晶种层，并且形成了 4nm的NiW 合金以作为第二晶种层。在比较例1-5中，除了晶种层之外的结构与实施例1-1的相同。图3列出了实施例和比较例的垂直磁记录介质的晶体取向、磁特性以及记录和重 放特性的评估结果。在图3中，还列出软磁性层与磁记录层之间的距离。与具有常规厚度 中间层的实施例1-2相比，实施例1-1获得了相同水平的晶体取向(Δ Θ50)、矫顽力(He) 和磁簇尺寸(Dn)。与实施例1-1相比，比较例中的介质1-3至1-5呈现出晶体取向下降至 少0.7°，矫顽力下降了至少0. 7k0e，且磁簇尺寸增大了至少8nm。因此，如果在NiW晶种 层上方的层中将NiFeW合金用于软磁性层中，则会发现，磁记录层17的磁特性会易于保持 在与比较例1-2相同的水平上，所述比较例1-2具有常规厚度的中间层。此外，与具有常规 厚度中间层的比较例1-2相比，实施例1-1呈现了 BER和OW特性的改进。另外，与实施例 1-1中的介质相比，比较例中的介质1-3至1-5，BER下降了至少0. 4。根据上述，可以发现，当在第一晶种层中使用具有FCC结构的非磁性合金(NiW)并 且在第二晶种层中使用具有FCC结构的软磁性合金(NiFeW)时，获得优异的记录和重放特 性，因为能抑制磁记录层磁特性的劣化，并且即使在厚中间层的情况下仍能提高写入性能。接下来，在将第一晶种层151的NiW合金的膜厚度变为与实施例1-1相同的结构 时，对晶体取向与比特误差率之间的关系进行了检验。除了 NiW合金之外的所有膜厚度都 是固定的。图4列出所述结果。当NiW合金膜厚度的增加时，晶体取向改进。另外，在4nm 至6nm的膜厚度处，比特误差率呈现出-3. 1的优异特性，以及对10以上的膜厚度劣化。原 因在于，通过X射线衍射测量的记录层中的晶粒尺寸以及噪声，随着膜厚度的增大而增大。 在这种介质中，作为第一晶种层151的NiW合金的最佳膜厚度为4nm至8nm，因为第二晶种 层152的膜厚度固定为3nm。例如，当第二晶种层152的膜厚度为5nm时，即使第一晶种层 151的厚度为2nm，仍呈现出优异的特性。第一晶种层151的膜厚度的最佳值根据第二晶种 层152的膜厚度而变化，但第一晶种层和第二晶种层的总的膜厚度优选小于约llnm。接下来，在将第二晶种层152的NiFeW合金的膜厚度变为与实施例1_1相同的层 积结构时，对晶体取向与比特误差率之间的关系进行了检验。图5列出了结果。除了 NiFeW 合金之外的所有膜厚度都是固定的。当NiFeW合金膜厚度的增加，晶体取向改进。另外，对 于3nm至5nm的膜厚度，比特误差率呈现出-3. 1的优异特性，并且对于9以上的膜厚度劣 化。原因在于，通过X射线衍射所测量的记录层中的晶粒尺寸以及噪声，随着膜厚度的增大 而增大。在该介质中，作为第二晶种层152的NiFeW合金的最佳膜厚度为3nm至7nm，因为 第一晶种层151的膜厚度固定为4nm。例如，当第一晶种层151的膜厚度为5nm时，即使第 二晶种层152的厚度为2nm，仍呈现出优异的特性。第二晶种层152的膜厚度的最佳值根据第一晶种层151的膜厚度而变化，但第一晶种层151和第二晶种层152的总的膜厚度优选 小于约Ilnm0接下来，通过将与实施例1-1中结构相同的第二晶种层152的材料变为NiFeV、 NiFeTa、CoFeW、CoFeV和CoFeTa来制备介质。将第一晶种层151的NiW合金的膜厚度固定 为4nm。将第二晶种层152的膜厚度固定为3nm。图6示出实施例1-1中的介质和按如上 所述改变第二晶种层152材料的介质的磁特性以及记录和重放特性。很显然，具有按如上 所述改变的第二晶种层152的材料的介质具有与实施例1-1中一样的良好晶体取向、良好 的OW特性以及低比特误差率。接下来，按照与实施例1-1中相同的层积结构，在将第二晶种层152的材料改变为 NiWCr合金的情况下制造介质。第一晶种层151的膜厚度为4nm。第二晶种层152的膜厚 度为3nm。图7列出磁记录层17的磁特性以及记录和重放特性的评估结果。很显然，获得 了与实施例1-1中一样优异的磁特性以及记录和重放特性。如上所述，在通过在第一晶种层中使用具有FCC结构的非磁性合金并且在第二晶 种层中使用具有FCC结构的软磁性合金来保持磁记录层的晶体取向和磁簇尺寸的同时，可 以实现使得垂直磁记录介质具有改善的写入性能以及优异的记录和重放特性。图8示出实施例2的垂直磁记录介质的层积结构。将厚度为0. 635nm且直径为 65mm(2.5英寸晶片)的玻璃盘衬底用作衬底21。通过溅射相继地形成粘合剂层22、软磁性 底层23、平坦化层24、第一晶种层251、第二晶种层252、第三晶种层253、第四晶种层254、 中间层26、第一记录层271、第二记录层272和保护层28。图9示出实施例2的垂直磁记录 介质(下文中，将其称作实施例2-1)中的目标组成、Ar气体压力和膜厚度的实例。首先，在衬底21上形成IOnm厚的NiTa，以作为粘合剂层22，然后在其上形成15nm 的FeCoTa&以作为软磁性底层231、0. 4nm的Ru以作为非磁性层232以及15nm的FeCoTa^ 以作为第二软磁性层233。在顶部，形成4nm的平坦化层24。晶种层25为具有两个单元层 积膜的多层结构，所述两个单元包含按两个周期形成的交替沉积的NiW合金和NiFeW合金 层。具体地，在第一个周期内，形成包含2nm的NiW合金作为第一晶种层251和2nm的NiFeW 合金作为第二晶种层252的单元。在第二周期内，形成包含2nm的NiW合金作为第三晶种 层253和2nm的NiFeW合金作为第四晶种层254的单元。应注意，可以形成两个以上的周 期。此外，尽管在该实施例中所述单元具有相同的组成和厚度，但是一个或多个层的组成和 /或厚度可以在不同周期中发生变化。在结构的顶部，在IPa的Ar压力下形成8nm的Ru并且在5Pa的Ar压力下形成另 一 8nm的Ru以作为中间层26。然后，形成13nm的CoCrPt-SiO2以作为第一记录层271、4nm 的CoCrPtB以作为第二记录层272以及3. 5nm的碳以作为保护层28。接下来，涂布由碳氟 化合物稀释的全氟烃基聚酯材料的润滑剂，并将表面磨光以制造实施例2-1的垂直磁记录 介质。形成磁记录层时，溅射气体为Ar，并且在20mPa分压下添加氧。当形成保护层28时， 在50mPa分压下添加氮，这与膜沉积期间0. 6Pa的Ar压力形成对比。图10列出了实施例2-1中垂直磁记录介质的晶体取向、磁记录层的磁特性以及记 录和重放特性的评估结果。实施例2-1中的介质呈现出与比较例中介质1-2相同水平的矫 顽力(He)和磁簇尺寸(Dn)，与比较例中介质1-2—样良好的晶体取向(Δ θ 50)。与比较 例中介质1-2相比发现，OW特性提高了 2. 6dB，且比特误差率降低了 0. 3。另外，在与实施例1-1中的介质相比时，OW提高了0.4dB，且比特误差率提高了 0. 1。与实施例1-1相比，在实 施例2-1中获得了良好的记录和重放特性，因为磁通量在两个软磁性晶种层中回流；控制 了重放期间泄漏的磁场，并通过用插入的NiW层形成两个软磁性晶种层而降低了噪声。然后，在按实施例2-1中交替沉积NiW合金和NiFeW合金层并改变晶种层15中的 层数时，对晶体取向与比特误差率之间的关系进行了检验。将一个MW层的膜厚度固定为 2nm，并将一个NiFeW层的膜厚度固定为2nm。除了晶种层之外的层的膜厚度与实施例2_1 中的相同。图11示出结果。图11示出NiW和NiFeW层的总层数。当晶种层15中的层数 增加时，晶体取向改善，且OW也提高。当层数为4时，比特误差率呈现出-3. 2的优异特性， 且当层数为8以上时比特误差率劣化。原因在于，层数的增加造成了噪声的增大。在该介 质中，晶种层中的最佳层数为4至6，但最佳值根据第一晶种层和第三晶种层的膜厚度以及 第二晶种层和第四晶种层的膜厚度而变化。然后，在将层数固定为实施例2-1中的4、并改变作为第一晶种层251和第三晶种 层253的NiW合金的膜厚度时，对晶体取向与比特误差率之间的关系进行了检验。将作为 第二晶种层252和第四晶种层254的NiFeW合金的膜厚度固定为2nm，且除了晶种层之外 的层的膜厚度与实施例2-1的相同。图12示出结果。当NiW合金的膜厚度增加时，晶体取 向改善。另一方面，在2nm膜厚度处比特误差率示出-3. 2的优异特性，且当所述膜厚度为 6nm以上时，所述比特误差率劣化。原因在于，通过X射线衍射测量的记录层的晶粒尺寸变 大，且噪声因膜厚度增大而增大。接下来，在将层数固定为实施例2-1中的4、并改变作为第二晶种层252和第四晶 种层254的NiFeW合金的膜厚度时，对晶体取向与比特误差率之间的关系进行了检验。将 作为第一晶种层251和第三晶种层253的NiW合金的膜厚度固定为2nm，且除了晶种层之外 的层的膜厚度与实施例2-1的相同。图13示出结果。当NiFeW合金的膜厚度增加时，晶体 取向改善。另一方面，在2nm膜厚度处比特误差率示出-3. 2的优异的特性，且当所述膜厚 度为6nm以上时，所述比特误差率劣化。原因在于，通过X射线衍射测量的记录层的晶粒尺 寸变大，且噪声因膜厚度增大而增大。接下来，在将与实施例2-1中具有相同层积结构的第二晶种层252和第四晶种层 254的材料改变为NiFeV、NiFeTa、CoFeW、CoFeV和CoFeTa的情况下制备介质。将作为第一 晶种层251和第三晶种层253的NiW合金的膜厚度固定为2nm。将作为第二晶种层252和 第四晶种层254的膜厚度固定为2nm。图14示出实施例2_1中的介质和按如上所述的那 样改变第二晶种层252和第四晶种层254的材料的介质的磁特性以及记录和重放特性。很 显然，具有改变的用于第二晶种层252和第四晶种层254的材料的所有介质具有与实施例
2-1中一样的良好晶体取向、良好的OW特性以及低比特误差率。接下来，按照与实施例2-1中相同的层积结构以及在把第一晶种层251和第三晶 种层253的材料改变为NiWCr合金的情况下制造介质。将第一晶种层251、第二晶种层252、 第三晶种层253和第四晶种层254的膜厚度设定为2nm。图15示出晶体取向以及记录和重 放特性的检验结果。很显然，获得了与实施例2-1中一样的优异晶体取向以及记录和重放 特性。如上所述，在与实施例1的介质相比时，利用具有至少两个周期单元膜的层积结 构的晶种层，能够获得具有优异的记录和重放特性的垂直磁记录介质，所述单元膜为由具
12有FCC结构的非磁性合金和具有FCC结构的软磁性粘合层构成层积膜。可以将本发明的实施方案用作垂直记录磁介质，其中，能够将其应用于除了别的 之外的离散轨道介质(DTM)、位图案化介质(BPM)、热辅助记录介质(HAMR)和微波辅助记录 介质(MAMR)。在一个实施方案中，磁盘驱动系统包括本文中根据各种实施方案所述的任一 垂直磁记录介质、用于写入磁介质的至少一个磁头、用于支撑所述至少一个磁头的滑橇 (slider)以及用于控制所述至少一个磁头运行、耦合到所述至少一个磁头的控制元件。尽管在上面对各种实施方案进行了描述，但应理解，提供所述各种实施方案仅是 为了举例，而不是为了限制。因此，本发明实施方案的宽度和范围不应由任一上述示例性实 施方案来限定，而是仅由权利要求书及其等价物来限定。
权利要求
一种垂直磁记录介质，包括至少一个软磁性底层，所述至少一个软磁性底层在衬底上方；晶种层，所述晶种层在所述至少一个软磁性底层上方；中间层，所述中间层在所述晶种层上方；磁记录层，所述磁记录层在所述中间层上方；以及保护层，所述保护层在所述磁记录层上方，其中所述晶种层包括在第一晶种层上方的第二晶种层，其中所述第一晶种层包括具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金，以及其中所述第二晶种层包括具有FCC结构的软磁性合金。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层包括镍-钨(NiW)合^^ ο
3.如权利要求2所述的垂直磁记录介质，其中，所述NiW合金中钨(W)的含量小于约 20个原子百分比(at. % )0
4.如权利要求2所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二晶种层包括具有主要成分为 镍-铁(NiFe)或钴-铁(CoFe)的合金。
5.如权利要求4所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二晶种层包括钨(W)、钒(V)和 钽(Ta)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层包括镍_钨-铬 (NiffCr)合金。
7.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层的膜厚度在约2nm至约 Snm的范围内，以及其中所述第二晶种层的膜厚度在约2nm至约7nm的范围内。
8.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层包括钌(Ru)或其合金。
9.一种磁盘驱动系统，包括权利要求1所述的垂直磁记录介质；至少一个磁头，所述至少一个磁头用于写入所述磁介质；滑橇，所述滑橇用于支撑所述至少一个磁头；以及控制元件，所述控制元件耦合到所述至少一个磁头，用于控制所述至少一个磁头的操作。
10.一种垂直磁记录介质，包括至少一个软磁性底层，所述至少一个软磁性底层在衬底上方； 晶种层，所述晶种层在所述至少一个软磁性底层上方； 中间层，所述中间层在所述晶种层上方； 磁记录层，所述磁记录层在所述中间层上方；以及 保护层，所述保护层在所述磁记录层上方，其中所述晶种层为至少两个周期的层积膜单元的层积结构，所述层积膜单元包括第一 晶种层和第二晶种层，其中所述第一晶种层包括具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金，以及 其中所述第二晶种层包括具有FCC结构的软磁性合金。
11.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层包括镍-钨(NiW)合
12.如权利要求11所述的垂直磁记录介质，其中，所述NiW合金包括小于约20个原子 百分比(at. % )的NiW。
13.如权利要求11所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二晶种层为具有主要成分为 NiFe或CoFe的合金。
14.如权利要求13所述的垂直磁记录介质，其中，所述第二晶种层还包括W、V和Ta中 的至少一种。
15.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层包括镍_钨-铬 (NiffCr)合金。
16.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中，所述第一晶种层的膜厚度在约Inm至 约4nm的范围内，以及其中所述第二晶种层的膜厚度在约Inm至约4nm的范围内。
17.如权利要求10所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层包括钌(Ru)或其合金。
18.一种磁盘驱动系统，包括权利要求10所述的垂直磁记录介质；至少一个磁头，所述至少一个磁头用于写入所述磁介质；滑橇，所述滑橇用于支撑所述至少一个磁头；以及控制元件，所述控制元件耦合到所述至少一个磁头，用于控制所述至少一个磁头的操作。
全文摘要
垂直磁记录介质及其制造和相应的磁存储装置。根据一个实施方案，垂直磁记录介质包括在衬底上方的至少一个软磁性底层；在所述至少一个软磁性底层上方的晶种层；在所述晶种层上方的中间层；在所述中间层上方的磁记录层；以及在所述磁记录层上方的保护层，其中所述晶种层包括在第一晶种层上方的第二晶种层。在另一个实施方案中，所述晶种层为至少两个周期的层积膜单元的层积结构，所述层积膜单元包括第一晶种层和第二晶种层。所述第一晶种层包括具有面心立方(FCC)结构的非磁性合金，以及所述第二晶种层包括具有FCC结构的软磁性合金。根据更多的实施方案，还公开了其他结构。
文档编号G11B5/738GK101923864SQ20101020248
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者中川宏之, 棚桥究, 殿冈俊, 荒井礼子 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司