DE19616347A1 - Direkt kontaktierbare Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung, in der der Schreib-/Lesevorgang senkrecht zur Plattenoberfläche erfolgt und die direkt von einem Schreib-/Lesekopf kontaktierbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte.

Die vertikale magnetische Datenaufzeichnung erlaubt höhere Bitdichten als die horizontale Aufzeichnung. Für die vertikale Aufzeichnung wird eine dünne Magnetschicht benötigt, bei der die Achse leichter Magnetisierbarkeit senkrecht zur Plattenoberfläche steht. Eine solche Magnetschicht läßt sich durch Abscheideprozesse mehr oder weniger gut herstellen. Als problematisch erweist sich aber die Materialauswahl, da kein geeignetes Material zur Verfügung steht, das zugleich optimale magnetische Eigenschaften und optimale Abriebeigenschaften besitzt. Die vertikale magnetische Datenaufzeichnung, bei der der Schreib-/Lesekopf in direkten Kontakt mit der Speicherplatte tritt, ist daher ausgeschlossen oder erfordert eine zusätzliche Schutzschicht, die wiederum die Bitdichte herabsetzt.

Die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, nämlich eine Erhöhung der Anisotropie, läßt sich erreichen, wenn man das magnetisierbare Material in Poren des Trägersubstrats einbringt. Ein zum vertikalen Speichern von Informationen geeignetes anisotropes magnetisches Aufzeichnungsmaterial mit zum Trägersubstrat senkrecht angeordneten Magnetpartikeln ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 09 594 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist das magnetische Speichermaterial in Aluminiumoxyd-Mikroporen eingebracht, welche senkrecht auf dem Aufzeichnungsträger stehen. Der Aufzeichnungsträger, im allgemeinen das Substrat, besteht primär aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, deren Oberfläche durch anodische Oxydation mit diesen Poren versehen ist. Diese Poren werden dann anschließend in einem elektrochemischen Prozeß mit magnetischem Material gefüllt. Die Poren haben eine kleine Dicke im Verhältnis zu ihrer Länge, so daß das Magnetmaterial eine Form-Anisotropie besitzt, die senkrecht zur Ebene des Aufzeichnungsträgers gerichtet ist, und somit eine vertikale Magnetisierungsrichtung beinhaltet. Vorzugsweise wird die magnetische Substanz in jeder Pore nur bis knapp unter die Porenöffnung gepackt. Falls die magnetische Substanz vollständig die Porenöffnung ausfüllt, wird durch Abrieb an den Stellen der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsmaterials, die häufig mit dem Magnetkopf zusammentreffen, ein Pulver aus dem Oxydfilm und der magnetischen Substanz gebildet, was zuweilen die Aufzeichnung beeinträchtigt.

Bei diesem bekannten magnetischen Aufzeichnungsträger besteht das Substrat, d. h. der Kern des Aufzeichnungsträgers, welcher auch seine mechanische Festigkeit bestimmt, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Einschlüsse im Substratmaterial, die nicht aus Aluminium bestehen, d. h. im allgemeinen fremdphasige Einschlüsse, wirken sich als magnetische Störung derart aus, daß bei der Aufzeichnung Störungen entstehen. Das Trägermaterial bzw. das Substrat bestimmt die mechanische Festigkeit, insbesondere, wenn an feste Magnetplatten gedacht ist. Der Träger kann dann bei Verwendung von Aluminium nur aus technischem Aluminium oder einer technischen Aluminiumlegierung bestehen und nicht aus reinem Aluminium, da reines Aluminium sehr weich ist. Bei der gegebenen Reinheit von technischen Legierungen ergibt sich dann beim Anodisierungsprozeß eine rauhe Grenzfläche zwischen Metall und Aluminiumoxyd. Dies führt dazu, daß die senkrecht angeordneten, quasi stäbchenförmigen magnetischen Partikel verschiedene Länge und damit verschiedene magnetische Eigenschaften haben. Insbesondere zeigen die Poren Schwankungen im Durchmesser. Auch dieses wiederum ist für den Aufzeichnungs-Wiedergabevorgang mit nachteiligen Folgen behaftet.

Eine verbesserte Oberfläche wird bei einem in der deutschen Offenlegungsschrift 33 28 839 beschriebenen Speichermedium erreicht. Dort ist auf einem Substrat zunächst eine weichmagnetische Schicht und darauf eine Trägerschicht aus nichtmagnetischem Material aufgebracht. In der Trägerschicht aus Kunststoff sind durch Schwerionen Poren erzeugt worden, die mit magnetisierbarem Material gefüllt werden. Nachteil dieses Speichermediums ist, daß es sich nicht für den direkten Kontakt mit einem Schreib-/Lesekopf eignet, da die Kunststoffe nicht hinreichend abriebfest sind und die Schwerionenstrukturierung zudem relativ aufwendig ist.

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer direkt kontaktierbaren Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung, wobei die Platte neben einer hohen Speicherdichte gute Abriebeigenschaften sowie eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Ansprüche 1 und 7. Die erfindungsgemäße, direkt kontaktierbare Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung besteht aus einem Substrat aus einkristallinem Silizium, dessen Oberfläche eine Schicht aus porösem Silizium bildet. Die Schicht aus porösem Silizium enthält im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats verlaufende Poren, die mit einem magnetisierbaren Material gefüllt sind.

Zur Herstellung einer solchen Platte werden die Schritte:
Bereitstellen eines Substrats aus einkristallinem Silizium, Herstellen einer Schicht aus porösem Silizium in der Oberfläche des Substrats mit im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats verlaufenden Poren sowie Füllen der Poren mit einem magnetisierbaren Material benötigt.

Die erfindungsgemäße Platte hat den Vorteil, daß sie als Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung eine hohe Speicherdichte ermöglicht und direkt von einem Schreib- /Lesekopf kontaktiert werden kann, da die Abmessungen eines Schreib-/Lesekopfes groß gegenüber den Poren in der Plattenoberfläche sind und beim Schleifen des Schreib- /Lesekopfes auf der Plattenoberfläche nur das abriebunempfindliche Siliziummaterial berührt wird, so daß kein den Schreib-/Lesevorgang störender Abrieb entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematisch als Querschnitt durch die Platte die wichtigsten Teilschritte des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens. Zur besseren Sichtbarmachung der Poren sind zusätzlich die entsprechenden Teilbereiche der Substratoberfläche nicht maßstabsgerecht deutlich vergrößert dargestellt.

In Fig. 1 enthält das bereitgestellte Substrat 1 aus einkristallinem Silizium in seinem Oberflächenbereich eine Schicht aus porösem Silizium 2. Für das einkristalline Siliziumsubstrat können polierte einkristalline Siliziumscheiben, wie sie üblicherweise bei der Chipherstellung eingesetzt werden, verwendet werden. Diese Siliziumscheiben besitzen eine hohe Oberflächengüte, sind extrem glatt, weisen keinerlei Unebenheiten auf und haben zudem eine gute mechanische Festigkeit, so daß sie ohne Zusatzstoffe auskommen und daher auch keinerlei Oberflächenausscheidungen zu befürchten sind. Sie sind daher als Trägersubstrat hervorragend geeignet. Diese Oberflächengüte bleibt sogar erhalten, wenn der zunächst ebenfalls einkristalline Oberflächenbereich des Siliziumsubstrats bis zu einer definierten Tiefe in poröses Silizium umgewandelt wird. Die Herstellung von porösem Silizium und seine Eigenschaften sind aus der Chipentwicklung gut bekannt, da es dieses Verfahren ermöglicht, vorteilhafte Schaltkreise in der Silicon-on-Insulator (SOI) Technik herzustellen. In z. B. Bromchil et al., Microelectr. Engineer. 8, 1988, 293-310 oder in Appl. Phys. Lett. 46, 1985, 86-88 sind anodische Herstellverfahren für poröses Silizium sowie verschiedene Anwendungsmöglichkeiten beschrieben.

Die in Fig. 1 dargestellte Schicht aus porösem Silizium 2 ist durch anodische Oxidation des Siliziumsubstrats, beispielsweise in konzentrierter Flußsäure, hergestellt worden. Dabei entstanden vorzugsweise und im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 6 des Substrats 1 verlaufende Poren 3, die aber auch Verästelungen aufweisen können, wie es in dem vergrößerten Teilbereiche der Substratoberfläche aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Gesamtporosität, die Porentiefe und der Porenradius sind je nach Durchführung des Verfahrens in weiten Grenzen einstellbar. Typische Porenradien liegen zwischen ungefähr 1 bis 10 nm. Beispielsweise entfallen bei einem Porenradius von 4 nm und einer Porosität von 50% auf ein Bit von 0.1 µm² ungefähr 1000 Poren, was einer arealen Bitdichte von 1 Gbit/cm² entspräche. Allerdings ist zu beachten, daß bei einer Porosität von <35% die Qualität der Einkristalleigenschaften abzunehmen droht.

Die Poren 3 werden mit einem magnetisierbaren Material 4 gefüllt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das Füllen der Poren 3 geschieht durch geeignete Beschichtungs-Prozesse wie Sputtern oder Abscheiden aus der Dampfphase (CVD-Verfahren), bei denen die Poren zumindest teilweise mit dem magnetisierbaren Material 4 gefüllt werden. Ein geeignetes magnetisierbares Material ist zum Beispiel CoCr, CoCrTa, oder CoPtCr.

Während des mehr oder weniger vollständigen Auffüllens der Poren mit dem magnetisierbaren Material wird auch die gesamte Oberfläche 6 des Trägersubstrats 1 mit dem magnetisierbaren Material 4 beschichtet. In einem sich anschließenden Schritt wird die Schicht aus magnetisierbarem Material 4 von der Substratoberfläche 6 in den Bereichen, in denen sich keine Poren 3 befinden, entfernt. Hierzu eignet sich besonders gut ein aus der Chiptechnologie bekannter Mikropolierprozeß, der dort zur Planarisierung verwendet wird. Dieser Polierprozeß bewirkt, daß die Oberfläche 5 des in den Poren 3 verbleibenden magnetisierbaren Materials 4 gegenüber der Substratoberfläche 6 leicht zurückgesetzt ist, wie dies in Fig. 3 zu sehen ist. Bei Anwendung dieses Polierprozesse können anders als bei dem im Stand der Technik beschriebenen Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift 23 09 594 die Poren problemlos bis zur Substratoberfläche mit dem magnetisierbaren Material gefüllt werden. Die Überwachung der Füllstandshöhe während des Auffüllens der Poren ist somit überflüssig.

Der Effekt des Materialzurückweichens gegenüber der Oberfläche tritt beim Polieren von Verbundwerkstoffen, die aus mehreren Materialien zusammengesetzt sind, auf und erweist sich für die hier beschriebene Platte für die vertikale magnetische Datenspeicherung, in der der Schreib-/Lesevorgang senkrecht zur Plattenoberfläche erfolgt, als besonders vorteilhaft. Infolge der leicht zurückgesetzten Oberfläche der gefüllten Poren wird der Schreib-/Lesekopf, der in direkten Kontakt mit der Platte tritt, im Ruhezustand im Bereich der Porenoberflächen nicht an der Platte festkleben und beim Gleiten oder Schleifen über die Platte kann kein störender Abrieb von magnetisierbarem Material erfolgen. Damit wird die Zuverlässigkeit der einzelnen Speicherplatte und des Speicherplattensystems insgesamt erhöht.

Mit Abschluß des oben beschriebenen Mikropolierprozeß ist die Platte fertiggestellt.

Zur weiteren Verbesserung der Oberflächengüte kann vor dem Füllen der Poren 3 noch zusätzlich eine Oberflächenvergütungsschicht auf die Substratoberfläche 6 aufgebracht werden. Dies kann durch Umwandlung der Siliziumsubstratoberfläche in eine Siliziumoxidschicht oder durch das Aufbringen einer Siliziumnitridschicht erfolgen. Vorzugsweise geschieht dies mit senkrecht zur Substratoberfläche gerichtetem Beschuß mit N₂- oder O₂-Ionen und einer eventuell sich anschließenden thermischen Nachbehandlung zur Ausheilung von Oberflächendefekten.

Bei Verwendung einer hier beschriebenen Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung, in der der Schreib-/Lesevorgang senkrecht zur Plattenoberfläche erfolgt, kann der Schreib- /Lesekopf in direkten Kontakt mit der Siliziumsubstratoberfläche treten und über diese hinweggleiten, ohne daß Abrieberscheinungen auftreten, die die Zuverlässigkeit der einzelnen Speicherplatte und des Speicherplattensystems insgesamt beeinträchtigen.

Claims (14)

1. Direkt kontaktierbare Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung bestehend aus einem Substrat (1) aus einkristallinem Silizium, dessen Oberfläche eine Schicht aus porösem Silizium (2) bildet, wobei die Schicht aus porösem Silizium (2) im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (6) des Substrats verlaufende Poren (3) enthält, die mit einem magnetisierbaren Material (4) gefüllt sind.

2. Direkt kontaktierbare Platte nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche (5) des magnetisierbaren Materials (4) in den Poren (3) gegenüber der Substratoberfläche (6) leicht zurückgesetzt ist.

3. Direkt kontaktierbare Platte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht aus porösem Silizium (2) in einer Fläche von 0.1 µm² ungefähr 1000 Poren (3) enthält.

4. Direkt kontaktierbare Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei der Durchmesser der Poren (3) kleiner ungefähr 20 nm ist.

5. Direkt kontaktierbare Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei das magnetisierbare Material (4) CoCr, CoCrTa oder CoPtCr umfaßt.

6. Direkt kontaktierbare Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 wobei sich auf der Schicht aus porösem Silizium (2) in den nicht von Poren (3) durchsetzten Bereichen zusätzlich eine Oberflächenvergütungsschicht befindet, die aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer direkt kontaktierbaren Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten

• - Bereitstellen eines Substrats (1) aus einkristallinem Silizium
• - Herstellen einer Schicht aus porösem Silizium (2) in der Oberfläche des Substrats mit im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (6) des Substrats verlaufenden Poren (3)
• - Füllen der Poren (3) mit einem magnetisierbaren Material (4).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Herstellen der Schicht aus porösem Silizium (2) die anodische Oxidation des Siliziumsubstrats in konzentrierter Flußsäure umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Füllen der Poren (3) mit dem magnetisierbaren Material (4) Sputtern oder Abscheiden aus der Dampfphase umfaßt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die beim Füllen der Poren (3) auf der Substratoberfläche (6) entstandene Schicht aus magnetisierbarem Material (4) von der Substratoberfläche (6) in den Bereichen, in denen sich keine Poren (3) befinden, entfernt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Entfernen der magnetisierbaren Schicht (4) von der Substratoberfläche (6) Mikropolieren umfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei vor dem Füllen der Poren (3) zusätzlich eine Oberflächenvergütungsschicht auf die Substratoberfläche (6) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Aufbringen der Oberflächenvergütungsschicht die Umwandlung der Substratoberfläche in eine Siliziumoxidschicht oder das Aufbringen einer Siliziumnitridschicht umfaßt.

14. Magnetspeichersystem, in dem als Speichermedium mindestens eine direkt kontaktierbare Platte für vertikale magnetische Datenspeicherung nach einem der Ansprüchen 1 bis 6 verwendet wird.