专利名称：具有多磁层及中间双成核膜的垂直磁记录盘的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及垂直磁记录介质，更具体地，涉及用于磁记录硬盘驱动器的具有垂直磁记录层的盘。
背景技术：
垂直磁记录(PMR)盘用于磁记录硬盘驱动器中，在PMR盘中记录位以垂直取向或离面(out-of-plan)取向存储在盘上的记录层(RL)中。用于RL的一类材料是具有实质上离面取向或垂直于RL取向的c轴的六角密堆积(hep)晶体结构的颗粒铁磁钴合金，诸如CoPtCr合金。为促使hep CoPtCr合金RL的生长，RL形成于其上的中间层(IL)也是hep材料。钌(Ru)和某些Ru合金如RuCr是通常用于IL的非磁hep材料。颗粒CoPtCr合金RL还应该具有良好隔离的精细晶粒结构以减小粒间交换I禹合，粒间交换稱合是造成高本征介质噪声(intrinsic media noise)的原因。提高钴合金RL中的晶粒隔离(segregation)通过添加氧化物实现,包括Co、Cr、Si、Ta、Ti、Nb和B的氧化物。这些氧化物倾向于沉积到晶粒边界，与钴合金的元素一起形成非磁粒间材料。通过添加氧化物提高RL中的磁晶粒的隔离还控制磁晶粒的尺寸和分布，这对于实现高面密度和记录性能而言是重要的。因此，重要的是，未来的PMR盘具有晶粒非常小的CoPtCr氧化物合金RL。然而，非常小的磁晶粒仅由于磁化位内的热不稳定或扰动就可被退磁(所谓的“超顺磁”效应)。磁晶粒的热稳定性在很大程度上由KuV决定，其中Ku是CoPtCr合金的磁-晶体各向异性且V是磁晶粒的体积。因此，为避免所存储的磁化的热不稳定，需要高Ku的CoPtCr合金，特别是当晶粒变得更小时。然而，增加Ku也增大了介质的短时转换场Htl，其是反转磁化方向所需要的场。对于大部分磁材料，Htl实质上比在较长时间尺度上测量的矫顽场或矫顽力H。要大，例如为约I. 5至约2倍。显然，转换场不能超过记录头的写入场能力，对于垂直记录，其当前被限制到约12k0e。此外，为改善RL的可写性，期望RL由具有不同各向异性的至少两个铁磁交换耦合的磁层形成以在RL的整个厚度提供分级的各向异性。这种分级的各向异性RL补偿写入场在RL的整个厚度上的变化及写入场梯度的不均匀性。通过增加Pt含量至约22-30原子百分比(at%)及减少Cr含量至少于约15at%,在CoPtCr合金中获得了高各向异性。然而，已知降低CoPtCr氧化物合金中的Cr含量将负面影响氧化物隔离边界的范围(extent)并抑制晶粒尺寸的减小。所需要的是具有由至少两个CoPtCr氧化物层形成的分级各向异性RL的PMR盘，其中磁晶粒尺寸及各层之间的铁磁交换耦合可被控制。
发明内容
本发明涉及具有由至少两个铁磁交换耦合的CoPtCr氧化物的磁层(MAG1和MAG2)形成的分级各向异性记录层(RU的垂直磁记录盘，两个成核层(NFl和NF2)位于磁层之间。NFl和NF2 —起控制MAG2中的磁晶粒尺寸以及在MAG2与MAGl之间的铁磁交换耦合。NFl是在低压于MAGl上溅射沉积至约O. 1-1. 5nm厚度的金属膜，优选地为Ru或基于Ru的合金如RuCr。NF2是在高压于NFl上溅射沉积至约O. 2-1. Onm厚度的金属氧化物膜，优选地为Ta的氧化物。NFl可只厚至足以形成为在MAGl上的基本共形的膜。但在超薄厚度的状态下，NFl和NF2的每个的厚度可以是不连续膜的“平均”厚度，NFl和NF2材料形成为不连续团簇。MAG2溅射沉积在NF2上。因此，如果NFl是基本共形的且NF2是不连续的，则MAG2生长在NF2团簇上及在部分的NFl (位于NF2下面)上。当MAG2在例如小于约7mTorr的溅射压以相对低的沉积或生长速率沉积在NF2上时，MAG2中的磁晶粒的隔离得到改善。与没有MAGl和MAG2之间的成核膜的分级各向异性RL相比，NFl和NF2提供了 RL中平均晶粒尺寸的显著减小，同时也确保MAGl和MAG2强地交换耦合。为了更充分地理解本发明的本质和优点，应当参照以下结合附图的详细描述。
图I是根据现有技术具有由两个磁层(MAG1和MAG2)形成的记录层(RL)的垂直磁 记录盘的横截面的示意图。图2是根据本发明的具有记录层(RL)的垂直磁记录盘的一部分的横截面的示意图，该RL在MAGl和MAG2之间具有双成核膜(NFl和NF2)。图3是示出对于NFl和NF2的不同厚度根据本发明由MAGl和MAG2形成的复合RL的平均晶粒尺寸的表。
具体实施例方式图I是根据现有技术具有由两个铁磁交换耦合的颗粒CoPtCr合金磁层(MAG1和MAG2)形成的记录层(RL)的垂直磁记录盘的横截面的示意图。构成盘的RL和其他各层位于硬盘衬底上。衬底可以是任何市场上可得到的玻璃衬底，但也可以是具有NiP或其他已知表面涂层的常规铝合金，或者诸如硅、硅碱钙石或碳化硅的替代衬底。保护覆层(OC)形成在RL上并可以是非晶“类金刚石”碳膜或其他已知保护覆层如硅氮化物(SiNx)。软磁衬层(SUL)形成在衬底上并用作来自盘驱动器写头的磁写场的磁通返回路径。用于SUL生长的粘合层或起始层(OL)可以是AlTi合金或类似材料，其沉积在衬底上具有约2-10nm的厚度。SUL可以由导磁材料诸如合金CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN, FeN, FeTaC, CoTaZr、CoFeTaZr、CoFeB 和 CoZrNb 形成。SUL 也可以是由通过非磁膜(诸如Al或CoCr导电膜)分隔的多个软磁膜形成的层叠或多层的SUL。SUL也可以是由通过作为中间媒介促成反铁磁耦合的层间膜(诸如Ru、Ir或Cr或其合金)分隔的多个软磁膜形成的层叠或多层的SUL。SUL可以具有在约5至IOOnm范围内的厚度。非磁间层(IL)沉积在SUL上。IL是非磁金属或合金,其具有六角密堆积(hep)晶体结构以用于控制颗粒RL中的hep晶体取向。IL促进hep颗粒RL的生长使得它的c轴基本垂直取向，由此产生垂直磁各向异性。钌(Ru)是用于IL的通常使用的材料，但其他材料包括选自Ti、Re和Os的金属，以及含有选自Ti、Re、Ru和Os的至少一种元素的合金，包括诸如RuCr合金的基于Ru的合金。IL可以是双层，如在相对低压(LP)(例如，小于约6mTorr)派射沉积的第一 Ru层(5_15nm),继之以在相对高压(HP)(例如，大于约20mTorr)溅射沉积的第二 Ru层(5-15nm)。第一 Ru层在LP下的溅射是为RL提供足够的生长取向。第二 Ru层在HP下的溅射是为促进RL中的氧化物隔离。在RL中，MAGl和MAG2的每个是具有包括氧化物或多种氧化物的颗粒材料的颗粒铁磁CoPtCr合金。氧化物通常是Si、Ta、Ti、Nb和B中的一种或多种的氧化物。为实现分级各向异性RL，MAGl和MAG2将通常具有不同量的Pt和Cr。例如，MAG2可具有更多Pt和更少Cr并因而比MAGl具有更高各向异性。分级各向异性RL补偿写入场在RL的整个厚度上的变化及写入场梯度的不均匀性。MAG2直接在MAGl上的生长确保两个磁层强的铁磁交换耦合。然而，在MAG2和MAGl直接接触的分级各向异性RL中，难以控制磁晶粒的尺寸。MAGl的各CoPtCr晶粒倾向于在MAGl在下面的IL上生长期间随着MAGl的厚度增大而在尺寸上增大。MAG2的各晶粒然后以与MAGl晶粒实质相同的尺寸开始生长并且在MAGl上的生长期间随着MAG2的厚度增加而在尺寸上继续增大。在根据本发明的垂直磁记录盘中，实现了具有小晶粒的分级各向异性RL而没有对各磁层的交换耦合的显著负面影响。图2是根据本发明的垂直磁记录盘的一部分的横 截面的示意图。根据本发明的盘的结构类似于图I所示的盘结构，但其中双成核膜(NFl和NF2)位于MAGl和MAG2之间。NFl是金属膜，优选地为Ru或基于Ru的合金如RuCr，具有约O. 1-1. 5nm之间的厚度。NFl也可以是RuxCo(1Q(l_x)合金，其中X在30和70at%之间。NFl在低压(小于约IOmTorr)溅射沉积在MAGl上。NF2是金属氧化物膜，优选地为Ta的氧化物，但也可以是Ti、Nb、Si、Mn或Hf的氧化物，具有约O. 2-1. Onm的厚度。NF2在高压(高于约20mTorr)溅射沉积在NFl上。MAG2直接溅射沉积在NF2上。NFl可仅厚至足以形成为MAGl上的基本共形的膜。但在超薄厚度的状态下，NFl和NF2的每个的厚度可以是不连续膜的“平均”厚度，NFl和NF2材料形成为不连续团簇。因此，如果NFl是基本共形的且NF2是不连续的，则MAG2生长在NF2团簇上及在部分的位于下面的NFl上。NFl在相对低的溅射压(小于约IOmTorr)下沉积从而促进共形Ru膜或基于Ru的合金的团簇形成在MAGl上。NF2在高溅射压下沉积从而促进金属氧化物团簇的形成。因此，MAG2的材料与一起控制MAG2的隔离和微观结构的NF2材料和NFl材料的团簇接触。同样，当MAG2在例如小于约5mTorr的溅射压以相对低的沉积或生长速率沉积在NF2上时，MAG2中的磁晶粒的隔离得到改善。图3是示出对于NFl和NF2的不同厚度由MAGl和MAG2形成的复合RL的平均晶粒尺寸的表。对于该数据，IL是在LP沉积的13nm厚的下Ru层和在HP沉积的13nm厚的上Ru 层的双层。MAGl 是 6. 5nm 厚的[Co66Pt2I1Cra8Ta2J (B2O3) 3.0 (Co。) 3.0 层且 MAG2 是 6. 5nm厚的[Cof^1Pt26Cr48Ta2J (B2O3)3.Q(CoO)3.。层，其中CoPtCr合金中的下标表示原子百分比。具有更高量Pt和更低量Cr的MAG2比MAGl具有更高各向异性。图3显示，对于MAG2与MAGl直接接触(无成核膜)的现有技术结构，晶粒尺寸是83.4人。利用Inm的Ru NFl和O. 6nm的TaOx NF2获得了最小晶粒尺寸(68.4 A )。当仅使用O. 6nm的TaOx NF2而没有Ru NFl时，获得了80.5人的晶粒尺寸。当仅使用Inm的Ru NFl而没有TaOx NF2时，获得了显著更大的晶粒尺寸(86.6 A )。因此，图3确定需要Ru NFl和TaOx NF2 二者一起来实现最小晶粒尺寸。Ru NFl停止MAGl的生长并开始MAG2的利用新形成的晶粒的生长，而不是生长为MAGl晶粒的延伸的晶粒。Ta0xNF2提供MAG2中的晶粒的进一步隔尚。
与用于图3的数据的盘结构相同的盘结构用于测量复合RL的矫顽力(H。)，该复合RL由MAGl和MAG2形成并对于Ru NFl的各种厚度具有O. 6nm的TaOx NF2。利用O. Inm厚的Ru NFl实现了 6. 12k0e的H。，以及利用Inm厚的Ru NFl实现了 4. 56k0e的H。。对于远大于2.5nm的Ru NFl厚度，H。低得不可接受。另外，测量的M-H回线(从其获得H。值)显示，对于小于或等于I. Onm的Ru NFl厚度，MAGl和MAG2强地交换耦合并显出单一转换行为。因此，在优选实施例中，NFl应该具有等于或大于约O. Inm且小于或等于约I. 5nm的厚度，优选的厚度等于或大于约O. 5nm且小于或等于约I. 2nm。NF2应该具有等于或大于约O. 2nm且小于或等于约I. Onm的厚度，优选的厚度等于或大于约O. 4nm且小于或等于约O. 8nm。这将确保与MAGl和MAG2之间没有成核膜的分级各向异性RL相比，分级各向异性RL中的平均晶粒尺寸的显著减小，同时也确保MAGl和MAG2强地交换耦合。重要的是，Ru NFl被首先沉积且在低溅射压生长，并且金属氧化物NF2在高溅射压下沉积在NFl上以确保NFl和NF2的生长特性的独立控制。NFl提供了 MAG2的织构控 制，而NF2提供了 MAG2晶粒的隔离控制。已经确定，首先沉积金属氧化物NF2及接着沉积Ru，并不提供RL中的所需结果。另外，单一膜Ru-TaOx的沉积，例如通过从复合靶的溅射沉积，也不提供RL中的所需结果，因为不存在Ru和TaOx膜的生长特性的独立控制。尽管仅以RL中的两个磁层示出了根据本发明的垂直磁记录盘，但RL可以具有三个或更多磁层，且双成核膜位于附加磁层之间。尽管已经参照优选的实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以在形式和细节上进行各种改变，而不脱离本发明的精神和范围。因而，所公开的发明应被认为仅是说明性的并被限制在仅由所附权利要求所指定的范围内。
权利要求
1.一种垂直磁记录盘，包括 衬底； 在所述衬底上的导磁材料的衬层； 非磁中间层，位于所述衬层上并包括选自Ru和Ru合金的材料； 垂直磁记录层，包括 第一磁层，包括在所述非磁中间层上的颗粒铁磁合金，该颗粒铁磁合金包括Co、Pt和Cr、以及Si、Ta、Ti、Nb和B中的一种或多种的一种或多种的氧化物； 在所述第一磁层上的第一成核膜，包括从Ru和基于Ru的合金选出的材料，并具有大于或等于O. Inm且小于或等于I. 5nm的厚度； 在所述第一成核膜上的第二成核膜，包括从由Ta、Nb、Ti、Si、Mn和Hf组成的组选出的元素的一种或多种氧化物，并具有大于或等于O. 2nm且小于或等于I. Onm的厚度；及 在所述第二成核膜上的颗粒铁磁合金的第二磁层，该颗粒铁磁合金包括Co、Pt和Cr、以及Si、Ta、Ti、Nb和B中的一种或多种的一种或多种的氧化物，其中所述第二磁层具有大于所述第一磁层的各向异性场的各向异性场。
2.如权利要求I所述的盘，其中所述第二成核膜是所述第一成核膜上的氧化物团簇的不连续膜，其中所述第二磁层与所述第二成核膜的氧化物团簇及所述第一成核膜接触。
3.如权利要求I所述的盘，其中所述第一成核膜是在所述第一磁层上的第一成核膜材料的共形膜。
4.如权利要求I所述的盘，其中所述第一成核膜是在所述第一磁层上的第一成核膜材料的不连续膜。
5.如权利要求I所述的盘，其中所述第一成核膜具有等于或大于O.5nm且小于或等于I.2nm的厚度。
6.如权利要求I所述的盘，其中所述第二成核膜具有等于或大于O.4nm且小于或等于O.8nm的厚度。
7.如权利要求I所述的盘，其中所述第一成核膜实质上由基于Ru的合金构成。
8.如权利要求7所述的盘，其中所述第一成核膜实质上由RuCr合金构成。
9.如权利要求I所述的盘，其中所述第一成核膜实质上由RUxC0(1(l(l_x)构成，其中X是原子百分比且大于或等于30及小于或等于70。
10.如权利要求I所述的盘，其中所述第二成核膜实质上由Ta的氧化物构成。
11.如权利要求I所述的盘，其中所述第二成核膜实质上由氧化物构成，该氧化物选自Ti、Nb、Si、Mn或Hf的氧化物。
12.如权利要求I所述的盘,其中导磁材料的所述衬层由从合金CoFe、CoNiFe,NiFe,FeCoB, CoCuFe, FeAlSi, FeTaN, FeN, FeTaC, CoTaZrjP CoZrNb 组成的组选出的材料形成。
13.如权利要求I所述的盘，其中导磁材料的所述衬层是通过非磁膜隔开的多个导磁膜的叠层。
14.如权利要求13所述的盘，其中所述叠层中的所述非磁膜提供所述叠层中的所述导磁膜的反铁磁耦合。
15.—种垂直磁记录盘,包括 衬底；在所述衬底上的导磁材料的衬层； 非磁中间层，位于所述衬层上并包括选自Ru和Ru合金的材料； 垂直磁记录层，包括 在所述非磁中间层上的第一磁层，包括颗粒铁磁合金，该颗粒铁磁合金包括Co、Pt和Cr、以及Si、Ta、Ti、Nb和B中的一种或多种的一种或多种的氧化物； 在所述第一磁层上的第一成核膜，实质上由Ru构成，并具有大于或等于O. Inm且小于或等于I. 5nm的厚度； 在所述第一成核膜上的第二成核膜，其中所述第二成核膜是实质上由Ta的氧化物构成的团簇的不连续膜；及 在所述第二成核膜和部分所述第一成核膜上的颗粒铁磁合金的第二磁层，该颗粒铁磁合金包括Co、Pt和Cr、以及Si、Ta、Ti、Nb和B中的一种或多种的一种或多种的氧化物，其中所述第二磁层具有大于所述第一磁层的各向异性场的各向异性场。
16.如权利要求15所述的盘，其中所述第一成核膜是在所述第一磁层上的第一成核膜材料的共形膜。
17.如权利要求15所述的盘，其中所述第一成核膜是在所述第一磁层上的第一成核膜材料的团簇的不连续膜。
全文摘要
本发明涉及垂直磁记录盘，其具有由至少两个铁磁交换耦合的CoPtCr氧化物磁层(MAG1和MAG2)形成的分级各向异性记录层(RL)，两个成核层(NF1和NF2)位于磁层之间。NF1是在低压于MAG1上溅射沉积至约0.1-1.5nm厚的金属膜，优选地为Ru或基于Ru的合金如RuCr。NF2是在高压于NF1上溅射沉积至约0.2-1.0nm厚的金属氧化物膜，优选地为Ta的氧化物。MAG2溅射沉积在NF2上。与没有MAG1和MAG2之间的成核膜的分级各向异性RL相比，NF1和NF2提供了RL中平均晶粒尺寸的显著减小，同时也确保MAG1和MAG2强地交换耦合。
文档编号G11B5/66GK102820039SQ20121018425
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月6日 优先权日2011年6月8日
发明者E.E.马里内罗, D.K.韦勒, B.R.约克 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司