用于垂直磁记录介质的堆叠式中间层的制作方法

硬盘驱动器在可以用于存储数据的磁存储介质上读取和写入磁图案。硬盘驱动器提供低成本、高记录容量和相对快速的数据检索。虽然在旋转盘(例如，介质盘)上读取和写入磁图案的基本原理保持相同，但磁盘驱动器的部件、尤其是磁存储介质已经显著地演变成需要在介质盘上形成更薄的层。可以通过包括各种层的PMR介质堆叠来实施磁存储介质。

附图说明

图1是展示了根据示例性实施例的PMR介质堆叠的简图。

图2a至图2c是展示了根据示例性实施例的PMR介质堆叠的生长机制的简图。

图3是展示了用于形成根据示例性实施例的PMR介质堆叠的示例性实施例的流程图。

图4是示例性PMR硬盘驱动器的概念图。

具体实施方式

在一个示例中，垂直磁记录(PMR)已经用于增加磁存储介质的面记录密度。PMR介质堆叠一般包括衬底、反铁磁耦合软磁底层(AFC-SUL)、晶种层、中间层(IL)、晶粒隔离起始层(GIIL)和磁层堆叠。该磁层堆叠包括由多个交换中断层(EBL)分开的多个磁层。晶种层的主要作用是为IL和磁层控制晶粒尺寸并且形成择优取向。该IL用于进一步改善取向并且为磁层提供适当的模板，从而增强磁层的晶粒隔离并且大幅减小晶间磁耦合。钌(Ru)已经广泛用于PMR介质中的IL，因为没有替代方案展现出比Ru更好的属性。

然而，因为磁存储介质的面密度继续增加，需要使晶粒尺寸和晶间磁耦合进一步减小。PMR介质堆叠中所使用的当前IL并不能够满足这种需求。因此，需要提供一种能够减小磁层的核心晶粒尺寸并且加宽晶界从而主要由于晶粒尺寸和晶间磁耦合的减小而引起信噪比(SNR)增益的PMR介质堆叠。

在以下具体实施方式中，将呈现PMR介质堆叠和制造方法的各个方面。这些方面非常适用于减小磁层的核心晶粒尺寸并且加宽晶界从而由于晶粒尺寸和晶间磁耦合的减小而引起SNR增益。本领域技术人员将意识到，这些方面可以扩展至所有类型的介质盘，例如，光盘、软盘、或能够通过对盘的表面进行各种电子、磁性、光学、或机械改变来存储数据的任何其他合适的盘。因此，对具体系统、设备或方法的任何参考仅旨在展示本发明的各种方面，应理解这些方面可以具有宽应用范围。

一种PMR介质堆叠的一个方面包括两个中间层以及形成于这两个中间层之间的间隔层，其中该间隔层的表面能低于这两个中间层的表面能。

一种形成PMR介质堆叠的方法的一个方面包括形成两个中间层并且在这两个中间层之间形成间隔层，其中该间隔层的表面能低于这两个中间层的表面能。

以下结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对本发明的各种实例性实施例的说明并且不旨在代表本发明可以被实践的仅有实施例。具体实施方式包括出于提供对本发明的全面理解的目的的具体细节。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以在无需这些具体细节的情况下实践本发明。在一些实例中，以框图形式示出了众所周知的结构和部件以便避免模糊本发明的概念。

词语“示例性”在此用来意指用作为示例、实例或例示。任何在此描述为“示例性的”实施例不一定被解释为是比其他实施例优选或有利。同样，系统、设备或方法的术语“实施例”不需要本发明的所有实施例包括所描述的部件、结构、特征、功能性、过程、优点、益处、或操作模式。

将理解的是，本发明的其他方面将从以下具体实施方式中对本领域技术人员变得容易明显，其中通过例示的方式仅示出和描述了本发明的若干实施例。本领域技术人员将认识到，本发明能够具有其他且不同的实施例，并且本发明的若干细节能够在各个其他方面进行修改，均不背离本发明的精神和范围。例如，虽然以下讨论了与PMR相关的多个实施例，但是其他实施例(例如，用于叠瓦式磁记录或其他类型的记录技术)也是可能的。

图1展示了根据本披露的一方面提供经改善的晶界和SNR的PMR介质堆叠100。对在PMR介质堆叠中晶粒尺寸以及磁层的晶间磁耦合的减小是对于PMR介质改善SNR的关键挑战。根据本披露的一个方面，提供了一种具有改善的SNR的交换耦合复合介质(ECC)的PMR介质堆叠及其制造方法。

根据一个方面，PMR介质堆叠100可以包括衬底102、一个或多个软磁底层(SUL)(例如，反铁磁耦合SUL(AFC SUL)104)、晶种层106、两个或更多个中间层(IL)108a、108b、间隔层110、通过交换中断层(EBL)116a-116c彼此分开的多个磁层(例如，磁层1、磁层2、磁层3)114a-114c、封盖118、和碳外涂(COC)层120。

晶种层106和该两个或更多个IL 108a、108b可以用于改善晶体取向并且用于控制磁记录层114a-114c的晶粒尺寸和分布。通过举例的方式，可以将Ru或Ru合金(Rux)选择用作为IL 108a、108b，因为Ru可以有助于磁层114a-114c的晶粒取向。此外，Ru还可以通过提供具有更粗糙的表面的生长模板来抑制这些磁记录层114a-114b的磁耦合。可替代地，可以将钴(Co)、Co合金(Cox)、铂(Pt)、或Pt合金(Ptx)选择用于IL 108a、108b中的一者或多者。在一个方面中，这些IL 108a、108b各自的形成可以包括两步过程，其中第一步以低压溅射第一Rux层(Rux L)并且第二步以高压溅射第二Rux层(Rux H)。Rux L(在图1中未展示)可以改善磁层114a-114c的取向，而Rux H(在图1中同样未展示)可以改善磁层114a-114c的晶粒分离。

将间隔层110插入在IL 108a与IL 108b之间可以在当选择使间隔层110的表面能低于IL 108a、108b的表面能时减小在IL 108a、108b和磁记录层114a-114c中的晶粒的大小。例如，IL 108a、108c可以由Ru或Rux形成，并且间隔层110是铜(Cu)。因为Cu的表面能与Ru和/或Rux相比相对较低，并且Cu的晶格参数类似于Ru，使用Cu作为间隔层110可以引起IL 108b的外延生长，而没有取向降级。因此，PMR介质堆叠100可以包括Ru-Cu-Ru堆叠式IL构型，该构型可以允许磁层114a-114c的晶粒包括小的晶粒尺寸、窄的尺寸分布、以及良好的电磁去耦以用于SNR改善。

此外，在将数据写入/读出PMR介质堆叠100时，AFC SUL 104可以用于减少噪声。GIIL 112和EBL 116a-116c可以控制和改善在这些磁层114a-114b各自中的磁晶粒的分离，而封盖118和COC 120可以用于保护PMR介质堆叠100不受侵蚀。

图2a至图2c展示了具有Cu间隔层(Cu SL)的Ru或Rux IL的生长机制的示例性实施例。例如，在图1中展示的IL 108a、108b各自可以包括两个Ru层。以低压溅射第一Ru层以形成良好的晶粒取向，并且随后以高压溅射第二Ru层以提供用于磁层生长的圆顶形表面。这个圆顶形模板可以有助于磁层在晶粒之间生长具有良好的磁分离。

如在图2a中展示的，Cu间隔层(Cu SL)204被定位在Rux L 202与Rux L 206之间。Rux L 202的表面粗糙度非常低，并且Ru的表面能与Cu SL 204的表面粗糙度和表面能相比高得多。因此，Cu SL 204逐层生长覆盖Rux L 202的整个表面以使表面能最小化，而溅射在Cu SL 206上的Rux L 206形成小岛而不是逐层生长。这是因为Rux L 206的表面能比Cu SL 204的表面能更高。在图2a中展示的示例中，与Rux L 202相比，Rux L 206的晶粒的中心至中心距离和晶粒尺寸也一起减小。通过帮助使磁层(例如，图1中的层114a-114c)在晶粒之间生长良好的磁分离，Rux L 206晶粒的减小尺寸对于SNR是可期望的。通过在Rux L 206上具有形成有进一步的圆顶形的Rux H 208而进一步有助于这一点。

现参照图2b，这个示例性实施例展示了在Cu SL 204之前溅射的Rux L 202和Rux H 210。通过圆顶形Rux H 210的帮助，Cu SL 204填充Rux H 210的谷部而没有覆盖Rux H 210晶粒的顶部。随后的Rux L 206IL仅在Rux H 210的顶部处生长并且将该IL(包括Rux L 206和Rux H 208)的晶界的厚度加宽。这是因为，由于表面能不同，Ru不太可能生长在被填充在Rux H 210的晶界处的Cu SL 204的顶部上。作为结果，可以通过Cu SL 204的厚度来控制晶粒尺寸和晶界的厚度。

现参照图2c，这个示例性实施例展示了超出一定厚度的Cu SL 204覆盖Rux H 210的包括晶粒的峰部和谷部的整个表面并且溅射出包括Rux L 202和Rux H 210的IL的表面。这为包括Rux L 206和Rux H 208的随后的Ru IL的生长提供了新的表面。

以此方式，Cu SL 204可以用于细化晶粒尺寸并且将图1中展示的磁层114a-114c和IL 108a、108b的晶界厚度加宽。在图2a至图2c中展示的Rux-Cu-Rux堆叠式IL可以减少图1中展示的磁层114a-114b的核心晶粒尺寸并且加宽晶界。由于晶粒尺寸和晶间磁耦合的减小，这可以引起对于PMR介质堆叠的SNR增益。

图3是展示了根据本披露的一个方面的方法的示例性实施例的流程图300。例如，在图1中展示的PMR介质堆叠100可以使用图3中展示的方法来制造。在流程图中的这些步骤各自可以使用沉积设备的一个或多个处理器或通过一些其他的适当手段来进行控制。应理解的是，以虚线表面的操作代表对于本披露的各个方面的任选操作。

如由框302所表示的，可以形成衬底。例如，参见图1，衬底102可以被形成用于PMR介质堆叠100。

如由框304所表示的，可以在衬底上形成软磁底层。例如，参见图1，可以在衬底102上形成AFC SUL 104。在一个方面中，在将数据写入/读出PMR介质堆叠100时，AFC SUL 104可以用于减少噪声。

如由框306所表示的，可以在软磁底层上形成晶种层。例如，参见图1，可以在AFC SUL 104上形成晶种层106。晶种层106可以用于为IL和磁层控制晶粒尺寸并且形成择优取向。

如由框308所表示的，可以在晶种层上形成两个中间层，并且如由框310所表示的，可以在这两个中间层之间形成间隔层。在一个方面中，这两个中间层各自包括Ru、Co或Pt中的至少一者，并且该间隔层包括Cu、Al、Ag或Au中的至少一者。在一个方面中，所述形成这两个中间层包括通过以第一压力溅射第一层来形成这两中间层中的第一中间层并且通过以第二压力将第二层溅射到该第一层上来形成这两个中间层中的第二中间层，该第一压力低于该第二压力。例如，该第一压力包括2mTorr至10mTorr的范围，并且该第二压力包括40mTorr至150mTorr的范围。在另一个方面中，这两个中间层中的第一中间层包括多个晶粒，该多个晶粒中的每个晶粒均被形成为具有圆顶部分，使得谷部被形成在该多个晶粒中的每个晶粒之间的晶界处。在进一步的方面中，所述形成该间隔层包括在位于该多个晶粒中的每个晶粒之间的该晶界处的该谷部中形成该间隔层。在又进一步的方面中，该间隔层没有被形成在该多个晶粒的所述圆顶部分上。在另一个方面中，所述形成这两个中间层进一步包括在这两个中间层中的第一中间层的该多个晶粒中的每个晶粒的圆顶部分上形成这两个中间层中的第二中间层。例如，参见图2b，Rux L 202和Rux H 210是在Cu SL 204之前溅射出的。通过圆顶形Rux H 210的帮助，Cu SL 204填充Rux H 210的谷部而没有覆盖Rux H 210晶粒的顶部。随后的Rux L 20IL仅在Rux H 210的顶部处生长并且将该IL(包括Rux L 206和Rux H 208)的晶界的厚度加宽。这是因为，由于表面能不同，Ru不太可能生长在被填充在Rux H 210的晶界处的Cu SL 204的顶部上。作为结果，可以通过Cu SL 204的厚度来控制晶粒尺寸和晶界的厚度。

如由框312所表示的，可以在这两个中间层上形成晶粒隔离起始层。例如，参见图1，GIIL 112可以形成于在IL 108a、108b上，并且可以控制和改善在磁层114a-114b中的每一者中的磁晶粒的分离。

如由框314所表示的，可以在晶粒隔离起始层上形成多个磁层。例如，参见图1，可以通过晶种层106和该两个或更多个IL 108a、108b来控制磁记录层114a-114c的晶粒尺寸和分布。

如由框316所表示的，可以在该多个磁层中的每一者上形成交换中断层。例如，参见图1，可以通过EBL 116a-116c使多个磁层(例如，磁层1、磁层2、磁层3)114a-114c各自彼此分开。EBL 116a-116c可以减少PMR介质堆叠100的矫顽力和饱和场，这引起对介质的可写性和SNR的改善。

如由框318所表示的，可以在这些交换中断层之一上形成至少一个封盖层，并且如由框320所表示的，可以在该至少一个封盖层上形成至少一个外涂层。例如，参见图1，封盖118和COC 120可以用于保护PMR堆叠100不受侵蚀。

以此方式，PMR介质堆叠可以被形成为包括Ru-Cu-Ru堆叠式IL构型，该构型可以允许磁层的晶粒包括小的晶粒尺寸、窄的尺寸分布、以及良好的电磁去耦以用于SNR改善。

图4是示例性PMR硬盘驱动器的概念图。PMR硬驱动盘400被示出为具有可旋转的PMR介质堆叠402。PMR介质堆叠402可以通过位于该PMR介质堆叠402下方的盘驱动电机(未示出)在转轴403上旋转。PMR头104可以用于写入PMR介质堆叠402并且从其中读出。当电机使磁盘402旋转时，可以在PMR头404下方形成气承以使其轻微地抬升离开PMR介质堆叠402的表面，或者，以本领域术语来说，“飞”在磁盘402上方。PMR头404可以通过检测和修改盘的表面上的材料的磁极化来用于读取和写入信息。致动器或存取臂406可以用于使PMR头404在跨旋转的PMR介质堆叠402的弧线上移动，由此允许PMR头404接触PMR介质堆叠402的整个表面。可以使用音圈致动器408或通过一些其他适当的器件使臂406移动。

此披露的各个方面被提供为使本领域普通技术人员能够实践本发明。对贯穿此披露呈现的示例性实施例的各种修改将对本领域技术人员容易明显，并且在此披露的概念可以扩展至其他磁存储装置。因此，权利要求书不旨在限制此披露的各个方面，而是旨在符合与权利要求书的语言一致的全部范围。本领域普通技术人员已知或之后将知道的贯穿此披露所描述的示例性实施例的各个部件的所有结构和功能等效物都通过引用明确地结合在此，并且旨在被权利要求书包含。并且，在此披露的任何内容都并非旨在贡献给公众，无论这样的披露是否在权利要求书中被明确地叙述。不应按照35U.S.C.112(f)的规定来理解权利要求元素，除非使用短语“用于…的装置”来明确叙述元素、或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于…的方法”来叙述元素。