TWI309411B - Perpendicular magnetic recording media - Google Patents

Description

1309411 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種記錄媒體，特別是指一種垂直記 錄媒體（perpendicular magnetic recording media)。 【先前技術】 為因應數位時代與網路普及化的趨勢，現階段大眾對 於資料儲存的需求量與日俱增，因此，增加儲存媒體的記 錄密度一直是此領域研發人員努力的目標之一。 欲增加記錄密度，則需相對縮小每個記錄位元的體積 ，然而，當磁性物質的體積太小，將致使磁異向性能與體 積的乘積（KuV)不足以克服外界溫度所造成的熱擾動，因 而造成磁矩（magnetic m〇ment)不穩定的超順磁現象 (sUperpsramagnetisra),因此，現階段為增加記錄密度而 縮小記錄位元所遇到的技術瓶頸，首當其衝者為超順磁現 象。 對於硬碟驅動裳置（hard disk dri僧，簡稱腦）的磁 記錄層（recording iayer)而言，為了提升記錄密度，不僅 需要縮小晶粒大小（grain如）並需具備有良好的隔離度 (―)以降低晶粒間因交互輕合作用所產生的雜訊 (noise)干擾，此外，亦常要目供七π Αί 兀而要具備有足夠的磁異向性能（Ku )以提供良好的熱穩定性（Ku/kT)。 向垂

的 垂直式記錄於記錄位元體積縮 直於磁記錄層的層面方向，因 記錄位元體積下不致於影響到 小的同時，由於磁矩方 而使得垂直式記錄在更 穩定性。因此，以現階 1309411 •k的技術而5 ，則是利用垂直式記錄以增加磁異向性能 (Ku)並達到熱穩定性的功效，進而突破超順磁現象的技術 瓶頸。 參閱圖1，一種垂直記錄媒體丨，包含：一基材u、一 疊置於該基材11的磁記錄《 12、-夹置於該磁記錄膜12 與該基材U之間的非磁性膜13及一央置於該基材1〗與該 非磁生膜13之間的軟磁膜（s〇f七magnetic『i 。該非

磁性膜13沿—織構方向χ依序具有一中間層 (intermediate Iayer)i3l、一 緩衝層（buffer layer)132 及一晶種層（seeding iayer)133。 為縮小記錄位元的體積，一般而言，該磁記錄膜12較 常使用者為顆粒狀（granuiar)的鈷基（c〇_based)材料，例 如：摻有氧化矽的鈷基鉑鉻合金（c〇ptCr_Si〇2)，由於C〇與 Si〇2不互溶，藉由非磁性的Si〇2作為該磁記錄膜12的基地 (matrix)以使si〇2偏析（segregate)於c〇Pt晶粒之間，同 時利用Pt提高該磁記錄膜12的磁異向性能（Ku)，因此， CoPt晶粒得以細化並降低晶粒間的訊號干擾以提昇該磁記 錄膜12的訊雜比（signai to noise ratio，簡稱SNR)，而 磁團（magnetic Cluster)縮小的同時並藉Pt增加該磁記錄 膜12的垂直異向性能（ku )。 由於銘（Co)元素的易軸（easy axis)是平行於晶格的c 軸，因此，為使得該磁記錄膜12内的CoPt晶粒可沿該χ 方向呈定向織構（orientati〇n texture)進而強化磁異向性 的特性’該晶種層133 —般使用呈六方晶（hexag〇nal 6 1309411 closed-packed，簡稱hep)系的材料，藉由該磁記錄膜12 與該晶種層133之間六方晶系的磊晶關係，以使得該磁記 錄膜12内的CoPt晶粒可傾向呈（〇〇〇2)面的定向織構。 除此之外’呈面心立方（face—centered cubic，簡稱 fee)晶系的（111)面與該晶種層133的（〇〇〇2)面之間具備有 最佳的晶格匹配度（lattice match)，因此，該緩衝層132

般疋使用呈f cc的非磁性材料來輔助上方晶種層133呈 (0002)面的定向織構，進而使得該磁記錄膜12内的 晶粒沿（0 0 0 2)最密堆積面的方位成長。 值得一提的是，位於上方的磁記錄膜12、晶種層133 及緩衝層132’仍需藉由下方的中間们31佐以輔助晶向成 長，現階段多以非晶態（amorph〇us)的鎳磷合金或鈷 錯合金（CA)作為該中間層131的㈣，_，前揭_ 合金或㈣合金對於上方磁記錄膜12等膜層的定向成長輔 助性有限，因此，此種垂直記錄媒體1的磁異向性能㈤ 仍有改善的空間。 由上述說明可知，增加磁記錄膜盥 丁联/、非磁性膜等膜層的 定向織構進而優化垂直記錄媒體的磁異向性能，是當前開 發垂直§己錄媒體相關領域者所待克服的難題之— 【發明内容】 0 〈發明概要〉 + Αν丄、*主叱向織構的 方位成長的主要控制因素有兩個：— 、止士从田士 . · 疋/原自於晶格匹配所 以成的界面應變（interfacial strain') · θ n;，另—則是導因於 7 1309411 拉伸應力（tensile stress)。 針對界面應變機制而言’晶格匹配度較佳的膜層界面 間、，具有較低的界面應變’而利用呈非晶質的非磁性材料 作為中間層日夺，其與上方緩衝層之間無晶格匹配度的問題 因此，可提升垂直記錄媒體中的磁記錄膜、晶種層與緩 衝層等膜層的定向織構。

*另有效的拉伸應力可輔助磁記錄膜、晶種層及緩衝 =等，層的晶向呈固定方位排列以形成定向織構。值得— 提的是，呈非晶質結構的铽（Tb)、釓⑽）、鏑⑽）、鈕 (Ta)、铪（Hf)等金屬材料，將造成個別成核（臆㈣e)的 島狀體（island)於聚集（⑶alesGenee)粗化過程中形成大量 的拉伸應力。 因此，本發明是使用非晶質的Tb、Gd、Dy、Ta或肘 作為中間層，藉以降低中間層與上方膜層之間的界面應變 進而構成上方膜層的定向織構，同時，利用個別成核的几 y Ta或Hf島狀體於聚集粗化過程中所形成的大

拉伸應力，以辅助t® ΑΛ S 捕助上方膜層的晶向呈固定方位排列進而優 化上方膜層的定向織構。 〈發明目的〉 因此’本發明之目的，即在提供—種垂直記錄媒體。 於是，本發明垂直記錄媒體，包含：—具有一表面的 基材、-疊置於該基材表面的顆粒狀磁記錄膜、 該基材與該顆粒狀磁記錄膜之間的非磁性膜；及―… 該基材及該非磁性膜之間的軟磁膜。 、 8 1309411 t非磁性臈具有—夹置於該顆粒狀磁記錄膜與該基材 之間並提供該顆粒狀磁記錄膜沿著一垂直於該基材之:面 的織構方向呈定向織構且呈六方晶（hcp)系的晶種層、—夹 置於該晶種層與該基材之間並提供該晶種層沿該織構方向 成長且呈面心立方晶（心）系的緩衝層，及—夹置於該 層與該基材之間並呈非晶態的中間層。該中間層是選自於 下列所構成之群組：試（Tb)、亂（Gd)、鏑（Dm⑺）、

給（Hf)，及此等之—組合；且，該軟磁膜是夹置於該中間 層與該基材之間。 本七月的功效在於，增加磁記錄膜與非磁性膜等膜層 的定向織構進而優化垂直記錄媒體的磁異向性能。 【實施方式】 〈發明詳細說明〉 參閱圖2,本發明垂直記錄媒體之一較佳實施例，包含 :一具有一表面21❾基材2、一疊置於該基材2表面21的 丁、d夹置於该基材2與該顆粒狀磁記錄膜 3之間的非磁性膜4;及—夾置於該基材2及該非磁性膜* 之間的軟磁膜5。 該非磁性膜4具有-失置於該顆粒狀磁記錄膜3與該 基材2之間並提供該顆粒狀磁記錄膜3沿著—垂直於該基 材2之表面21的織構方向γ呈定向織構且呈六方晶系的！ 種層41、一央置於該晶種屏4彳& 曰檀廣41與祕材2之間並提供該晶 種層41沿該織構方向Y成長且呈面心立方晶系的緩衝層42 ，及-夾置於該緩衝層42與該基材2之間並呈非晶態的中 9 1309411 間層43。該中間層43是選自於下列所構成之群組：铽（Tb) 、此（Gd)、鏑（Dy)、钽（Ta)、铪（Hf)，及此等之一組合； 且’該軟磁膜5是夾置於該中間層43與該基材2之間。在 一具體例中，該中間層43是铽。

適用於本發明該晶種層41是選自於下列所構成之群組 :釕（Ru)、鈦（π)、銖（Re)、鐵（〇s)、鉻（Cr)、鋅（Zn)、 錯（Zr)、鍀（Tc)、鎂（Mg)、铑（Rh)、鎢（W)及此等之一組合 ;適用於本發明該緩衝層42是選自於下列所構成之群組： 銘（Pt)、鈀（Pd)、銅（Cu)、金（Au)、銀（Ag)及此等之一組 合’適用於本發明該軟磁膜5是由選自於下列所構成之群 組的合金所製成：鈷鍅钽（CoZrTa)、鈷鍅鈮（c〇ZrNb)、銘 鐵（C〇Fe)、鈷鐵氮（CoFeN)、鈷鐵硼（c〇FeB)、鐵鈕碳 (FeTaC)、鐵鋁矽（FeA1Si)、鎳鐵（NiFe)及鎳磷（Nip);此 外，適用於本發明該顆粒狀磁記錄膜3是鈷基（c〇_based) 材料。 值得一提的是，厚度越厚的鍍膜將具備有較高的表面 粗糙度（roughness),當該晶種層41的厚度達一臨界厚度 以構成有效量的表面粗糙度時，將有助於本發明該顆粒狀 磁記錄膜3的隔離度（isolati〇n)，然而，當該晶種層Ο :厚度過厚時’亦將因讀寫頭至該軟磁膜5的距離增曰加而 影響磁通量（magnetic flux)，因此，較佳地本發明該晶 種層41的厚度是介於5 nm ~ 40 nm之間。 、另，值得-提的是，當該巾間層43的厚度大於一成核 成長（nucleation and growth)厚度時’該中間層43將因 10 1309411 自非晶質轉變為多晶態（PQly叩tal丨ine)而與上方緩衝居 u㈣㈣形成界面應變’致使晶向輔助的貢獻度下/ 此外，當該中間層43的厚度小於—成核厚度時，該中間層 3的Tb將無法構成平坦的膜層結構而僅以島狀體的模 長’並降低該中間層43所貢獻的拉伸應力，因此5較佳地 ’本發明該中間層43的厚度是介於2nm〜12⑽之間。 1藉此’本發明中間層43所使用之非晶質的Tb可降低

玄中間層43與上方膜層之間的界面應變進而構成上方膜層 岐向織構，_，利職職核的Tb島狀體於聚集粗^ 過，中所形成的大量拉伸應力，以辅助上方膜層的晶向呈 固疋方位排列進而優化上方膜層的定向織構。 〈具體例〉 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之—個具體例的詳細說明中’將可清楚 的呈現。 在本發明被t羊細描述之前，要注意的{，在以下的說 内各中，類似的元件是以相同的編號來表示。 再參閱圖2，在本發明垂直記錄媒體的一具體例中，該 基材2疋由矽所製成、該顆粒狀磁記錄膜3的厚度約為25 ^且是使用摻有氧化矽的鈷基鉑鉻合金（CoPtCr-Si〇2)、該 J種層41是厚度為20 nm且呈hep結構的釕（Ru)、該緩衝 層42疋厚度約為7 nm且呈fcc結構的鉑（Pt)、該中間層 43疋厚度約為3 nm且呈非晶質的Tb，該軟磁膜5是由厚 度'々為200 nm〜4〇〇 nm的鈷锆钽（c〇ZrTa)合金所製成； 11 1309411 本發明自該基材2沿該織構方向γ的膜層結構依序為：

Si/CoZrTa/Tb/Pt/Ru/CoPtCr-Si〇2 本發明該具體例之垂直記錄媒體的製作方法，是簡單 地說明於下。 將一經過標準清洗流程的矽晶圓設置於一直流磁控濺 鍍系統（DC magnetron sputtering system)中，以在該矽 晶圓上形成由CoZrTa合金所構成的該軟磁膜5。 進一步地，維持該直流磁控濺鍍系統的工作壓力 (working pressure)為3 mT〇rr，並對一由几所構成的靶 材（target)施予30 W的輸出功率，以在該軟磁膜5上形成 該中間層43。接著，分別維持7 mT〇rr及2〇訂町的工作

壓力，並分別對一 Pt靶材及一 Ru靶材施予1〇〇 w及W :輪出功率’以於該軟磁膜5上依序形成該缓衝層42及該 的種層4】。值得-提的是，過低或過高的工作屢力將使最 後錢製於上方的顆粒狀磁記錄膜3無法取得適當的定向織 構，因此，適合製作於本發明該垂直記錄媒體的晶種層扔 之工作壓力是介於3 一〜35紂町之間此外：使 有效量的氧化矽偏析於晶界處以勻化並細化晶粒大小進而 達到降低雜訊以提高垂錢頑磁場（L值）之功效，更 ，本發明該晶種層41的工作壓力是介於2〇 〜 mTorr之間。 的 最後，維持該直流磁控濺鍍系統的工作壓力為 :T〇rr亚對一 c〇ptCr一Si〇2複合靶材施予1⑽评的輪出工 ^進而在忒晶種層41上形成該顆粒狀磁記錄膜3，·》, 12 1309411 。亥 CoPtCr Si〇2 複合靶材是由 Heraeus Materials

Te—y (台灣賀利氏材料科技股份有限公司）所製作， 其組成比例（原子百分比）為{(c〇9〇Cn〇)i。。心小。"一（si〇2)" X=15〜30 ， Y=5〜15 〇 值得一提的是’由於藉由該晶種層（即，Ru)4i及該緩 衝層(即韻相互配合下，使該晶種層41是呈柱狀晶的 模式成長，另，由於姑元素的磁矩易轴是平行於h叩晶格

的C軸方位，因此，該顆粒狀磁記錄膜3是直接利用該晶 種層41與其之間的蟲晶關係’以使得該顆粒狀磁記錄膜3 於室溫下即可沿著該織構方向γ呈定向織構；再者，由於 下方的中間層3本身為非晶質的Tb，其與上方膜層之間的 界面應變低因此不但可辅助該顆粒狀磁記錄膜3的定向織 構，此外，由於非晶質的Tb島狀體於聚集粗化過程中所構 成的拉伸應力更可有效地增加該顆粒狀磁記錄膜3的定向 織構。 另’值得-提的是，該軟磁膜5於垂直記錄媒體中的 主要功用，僅是在於提供磁通量形成封閉型的迴路並提昇 寫入的磁場效率，而與本發明相關之晶體、顯微與磁性等 分析將不受該軟磁膜5的影響，因此，本發明以下圖3〜圖 8等分析數據是在未夾置有該軟磁膜5的條件下分析。 ，閲圖3 ’由X光搖擺曲線(X，y diffraction ΜΐηηΓν〇圖顯示可知，在未引入該中間層43(即， Tb)的條件下，該顆粒狀磁記錄膜3之c軸的分佈較大[即 ’半高寬⑽M’·)約為12.5度]，因此，該顆粒狀磁 13 1309411 記錄膜3於hep之(_2)面的定向織構較差；反觀圖[由 本發明該具體例之X光搖擺曲線圖顯示# 42下方引入該中間層43(即，Tb)時兮跑 ~曰 ’该顆粒狀磁記錄膜3 之c軸的分佈較小（即，約為 ~ 4度）’該顆粒狀磁記 錄膜3於hep之咖)面的定向織構明顯因該中間層㈣ 引入而優化許多。 /閱圖5’由穿透式電子顯微鏡(transmissi〇n electron mi⑽⑶pe;以τ簡稱TEM)表面形貌圖顯示可知 ’在未引人該中間層43(即’ Tb)的條件下，該顆粒狀磁記 錄膜3的平均粒㈣1Gnm左右，料，由於偏析於晶界 (g· boundary)處的氧切量並不高，因此，該顆粒狀 磁記錄膜3將因晶粒間的交互叙合作用而致使雜訊增加。 反觀圖6,由本發明該具體例之m表面形貌圖顯示可 知，當該緩衝層42下方引入該中間層43(即，叫時，該顆 粒狀磁記錄臈3的平均粒徑是維持在1〇⑽以下，此外， 由圖6亦可明顯見得有適量的氧化矽偏析於晶粒與晶粒之 間。本發明該具體例之顆粒狀磁記錄膜3因該中間層43(即 ，Tb)的引入，而使得該顆粒狀磁記錄膜3具備有良好的隔 離度以減弱晶粒間交互耦合作用所產生的雜訊，因此，本 發明該具體例之垂直記錄媒體具有優異的訊雜比（SNR)。 參閲圖 7，由磁化量（magnetic p〇iarizati〇n，μ 值） 對外加磁場（fflagnetic fieId，Η值）所作的磁滯迴路 (magnetic hysteretic 100ρ)曲線圖顯示可知，在未引入 °玄中間層43(即，Tb)的條件下，垂直矯頑磁場（Ηα值）、水 14 1309411 平橋頑磁場（Ηπ值）與方正性（squareness，簡稱S值）分別 為 3324 0e、1485 0e 及 0 86，其中，He丄/Hci!約為 2. 2，磁 異向性明顯較差。

反觀圖8,由本發明該具體例之磁滯迴路曲線圖顯示可 知，當該緩衝層42下方引入該中間層43(即，Tb)時，Hc± 、He"值與S值分別為4167 〇e、195 〇e及〇.88，其中，化 丄/Hq約為21.4，因此，本發明該具體例之垂直記錄媒體具 備有優異的磁異向性，此外，s值趨近丨，因此， 可取得較大的輸出《。 ^ 综上所述，本發明垂直記錄媒體中所引入的Tb中間層 可增加磁記錄膜與非磁性膜等膜層的定向織構，進而優^ 垂直記錄媒體的磁異向性能，確實達到本發明之目的。

准X上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明 I

範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾’月皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 #兒明習知一種垂直記錄媒體； ，說明本發明垂直記錄媒體的一 圖1是一正視示意圖： 圖2是一正視示意圖 較佳實施例； 未引入Tb作為中間層時的c轴分佈狀態丨 圖4是一 X光搖擺曲線圖 ^ 口 °兄明本發明一具體例之顆 粒狀磁s己錄膜在引入Tb 顆 ^作為中間層時的ε軸分佈 15 .1309411 圖5疋一 TEM表面形貌圖， 未引入Tb作為中間>_日4_ °月该顆粒狀磁記錄膜在 B 、日日粒分佈情形； 疋一 TEM表面形貌圖， 粒狀磁記錄膜在引 °月本發明該具體例之顆 圖” 作為中間層時的晶粒分佈情形· 圖7疋-磁滯迴路曲線圖 ， 未引入η作為中間層時的磁異向：”顆粒狀磁記錄膜在 圖8是一磁滯迴路

粒狀磁記錄膜在引入S明本發明該具體例之顆 丨八邝作為中間層時的磁異向性。 16 1309411 【主要元件符號說明】 2… • · ·基材 42 .. ••缓衝層 21 ·. • ·.表面 43 ·. ••中間層 3… • ··顆粒狀磁記錄膜 5… ••軟磁層 4… • ••非磁性膜 Y… 織構方向 41 . · • · ·晶種層

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Claims (1)

1309411 第095114274號專利發明申請案之說明書替換頁(98年2月修正）

十、申請專利範圍： 1 · 一種垂直記錄媒體，包含： —具有一表面的基材； 一疊置於該基材表面的顆粒狀磁記錄膜； + 一夾置於該基材與該顆粒狀磁記錄膜之間的非磁 性膜’具有-夾置於該顆粒狀磁記錄膜與該基材之間並 提供該顆粒狀磁記錄膜沿著一垂直於該基材之表面的織 構方向呈定向織構且呈六方晶系的晶種層、一夾置於該 晶，層與該基材之間並提供該晶種層沿該織構方向成長 且王面心立方晶系的緩衝層’及一夹置於該緩衝層與該 基材之間並呈非晶態的中間層，該中間層是選自於^列 所構成之群組.試、此、鋼、组、铪，及此等之一組合 ’ 6亥中間層的厚度是介於2 nm〜3 nm之間；及 一夹置於該中間層及該基材之間的軟磁膜。 2. 依射請專利範圍第1項所述之垂直記錄媒體，其中， 該晶種層是選自於下列所構成之群組：釕、鈦、銖、餓 絡、鋅、锆、鉻、鎂、鍺、鎢及此等之一組合。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之垂直記錄媒體，其中， §亥晶種層的厚度是介於5 nm〜40 nm之間。 其中， 銅、金 其中， 4. 依據巾請專利範圍第1項所述之垂直記錄媒體 I緩衝層是選自於下列所構成之群組··始、鈀 、銀及此等之一組合。 5. 依據申請專利簕囹贫 号〜乾圍第1項所述之垂直記錄媒體 該顆粒狀磁記錄媒是姑基材料。 18 1309411 第〇951丨4274號專利發明申請案之說明書 J論:讀正替換頁 .依據申請專利範圍第1項所述之垂直記錄媒體，其中， 该軟磁膜是由選自於下列所構成之群組的合金所製成： 鈷釔鈕、鈷锆鈮、鈷鐵、鈷鐵氮、鈷鐵綳、鐵钽碳、鐵 紹矽、鎳鐵及鎳磷。

19 :1309411 1 第095114274號發明專利申請案之圖式替換本(97年9月修正) 十一、圖式 %年’月日修(更)正替換頁

13 圖1

130941上細4號發明猶請_式瓣(97年9月修正〉

120 100卜 pt/Ru/CoCrPt-Si02 FWHM= 12.5degre

806040•'-制澈 /

20 25 30 角度Θ【deg.] 圖

1309411 第095114274號發明專利申請案之圖式替換本(97年9月修正）

(S2/ ΙΛ1) #^遛矣邀/®w^^ ·° -0

-15000 -10000 -5000 0 5000 外加磁場H (Oe) 10000 1500U

>000 -10000 -5000 0 5000 10000 15UUU 外加磁場Η (Oe)