DE3780347T2 - Aufzeichnungstraeger mit mehreren schichten fuer vertikale magnetische aufzeichnung. - Google Patents

Aufzeichnungstraeger mit mehreren schichten fuer vertikale magnetische aufzeichnung.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen, aus Metallegierungen bestehenden Dünnfilm-Aufzeichnungsträger für vertikale magnetische Aufzeichnungen.
  • Legierungen auf Kobalt-Basis, von denen bekannt ist, daß sie zur Bildung eines Aufzeichnungsträgers für horizontale magnetische Aufzeichnung geeignet sind, umfassen Kobalt-Nickel (CoNi), Kobalt-Rhenium (CoRe), Kobalt-Palladium (CoPd) und Kobalt-Platin (CoPt). Bei einem solchen Aufzeichnungsträger wird die Kobaltlegierung als Film mit hexagonal dichtest gepackter (HCP) Kristallstruktur auf einem Substrat oder auf einer Zwischenschicht ausgebildet, so daß sich die C-Achse, d. h. die Achse [002] des Kobaltlegierungsfilms entweder in der Filmebene befindet oder eine Komponente in der Filmebene aufweist.
  • Es wurde festgestellt, daß im Falle von CoPt-Filmen, die bei einem Aufzeichnungsträger für horizontale magnetische Aufzeichnung verwendet werden, die horizontale Koerzitivität (Hc) von der Zusammensetzung des Platins abhängt, wobei der maximale Hc-Wert bei ungefähr 20 Atomprozent (at.%) Platin erreicht wird. Siehe hierzu J. A. Aboaf, et al., "Magnetic Properties and Structure of Co-Pt Thin Films", IEEE Trans on Magnetics, NAG-19, 1514 (1983), und H. Kitada, et al., "Magnetic Properties of Sputtered Co-Pt Thin Films", J. Appl. Phys. 54 (12), Dezember 1983, Seiten 7089 bis 7094. Die horizontale Koerzitivität und andere Eigenschaften von Kobalt-Platin-Filmen (CoPt-Filmen) wurden von Opfer, et. al. in einem Artikel mit dem Titel "Thin-Film Memory Disc Development", Hewlett-Packard Journal, November 1985, Seiten 4 bis 10, beschrieben.
  • Um die Koerzitivität des magnetischen CoPt-Films bei bestimmten Arten von Aufzeichnungsträgern für die horizontale magnetische Aufzeichnung zu verbessern, kann zwischen einem Substrat und einer magnetisierbaren CoPt-Filmschicht eine Zwischenschicht aus Chrom (Cr) oder einer Chromlegierung ausgebildet werden. Die Verwendung einer Chrom-Zwischenschicht bei einem CoPt-Dünnfilm-Aufzeichnungsträger wird im obengenannten Artikel von Opfer, et. al. sowie in EP-A-145157 beschrieben. Die Verwendung einer Chromkobalt-Legierung (CrCo-Legierung) als Zwischenschicht für verschiedene Arten von magnetisierbaren Materialien, einschließlich CoPt, wird in EP-A-140513 vorgeschlagen.
  • Im Gegensatz zu einem Dünnfilm-Aufzeichnungsträger für horizontale magnetische Aufzeichnung handelt es sich bei einem aus einer Metallegierung bestehenden Dünnfilm- Aufzeichnungsträger für vertikale magnetische Aufzeichnung in der Regel um eine einzelne Schicht eines magnetisierbaren Materials, das eine geordnete Kristallstruktur mit magnetischer Queranisotropie besitzt. Das Material, das gewöhnlich für ein Medium zur vertikalen magnetischen Aufzeichnung verwendet wird, ist eine Kobalt-Chrom-Legierung (CoCr-Legierung), die auf ein Substrat oder auf eine auf dem Substrat gebildete nukleierende Zwischenschicht gesputtert wird und einen Film mit einer HCP- Kristallstruktur bildet, deren C-Achse gewöhnlich perpendikular zum Substrat ausgerichtet ist. Die magnetischen Eigenschaften eines aus einer Metallegierung bestehenden Dünnfilm- Aufzeichnungsträgers für die vertikale magnetische Aufzeichnung, der mit verschiedenen Substraten, beispielsweise einer nukleierenden Titan-Schicht (Ti-Schicht) und einem einschichtigen quer magnetisierbaren CoCr-Film, realisiert wird, werden von Kobayashi, et. al. in dem Artikel "High Density Perpendicular Magnetic Recording on Rigid Disks", Fui itsu Scientific & Technical Journal, Vol. 19, No. 1 (März 1983), Seiten 99 bis 126 beschrieben. GB-A-2125069 beschreibt ein Dünnfilm-Medium für vertikale magnetische Aufzeichnung mit einer einzelnen Kobalt-Chrom-Platin-Schicht (CoCrPt-Schicht) verwendet, bei der das Platin zwischen 1 und 5 at.% beträgt.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten magnetischen Aufzeichnungsträger für die vertikale magnetische Aufzeichnung bereitzustellen.
  • Die Erfindung betrifft einen magnetischen Aufzeichnungsträger mit einem Substrat und einem magnetisierbaren Filmaufbau, der eine von dem Substrat getragene im wesentlichen hexagonal dichtest gepackte (HCP) Kristallstruktur besitzt.
  • Gemäß der Erfindung ist der Aufzeichnungsträger dadurch gekennzeichnet, daß der Filmaufbau aus einer Mehrzahl von Filmschichten besteht, wobei jede Filmschicht
  • einen ersten, nicht magnetisierbaren nukleierenden Film mit im wesentlichen hexagonal dichtest gepackter (HCP) Kristallstruktur aufweist, sowie
  • einen zweiten, magnetisierbaren Film aus einer Legierung, welche Kobalt und ein Element, ausgewählt aus der aus Platin, Nickel, Rhenium und Palladium bestehenden Gruppe, enthält, der auf dem nukleierenden Film ausgebildet ist und eine vorbestimmte Dicke hat, so daß er eine HCP-Kristallstruktur mit magnetischer Queranisotropie besitzt.
  • Während die perpendikulare Koerzitivität einer einzelnen Schicht für einen Aufzeichnungsträger zur vertikalen magnetischen Aufzeichnung nicht ausreichend ist, stellt der obige, aus mehreren Schichten bestehende Filmaufbau, bei dem jede Schicht einen magnetisierbaren, in seiner C-Achse quer zur Filmebene ausgerichteten Film umfaßt, einen Aufzeichnungsträger mit ausreichender Koerzitivität und anderen magnetischen Eigenschaften dar, die ihn für die Verwendung als Aufzeichnungsträger für die vertikale magnetische Aufzeichnung geeignet machen.
  • In einer Ausführungsmöglichkeit verfügt die Mehrschichtstruktur über mindestens drei Schichten, wobei jede Schicht aus einem nukleirenden Film aus einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Wolfram (Co&sub3;W) mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·10&supmin;&sup8; m) und einem magnetischen CoPt-Film mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) besteht.
  • Damit die Erfindung leichter zu verstehen ist, wird nachfolgend eine Ausführung unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen beschrieben:
  • Abbildung 1 stellt einen Graph dar, der die horizontale Koerzitivität eines magnetischen Aufzeichnungsträgers mit einem CoPt-Film auf einem nukleierenden CrCo-Film auf einem Si-Substrat in Abhängigkeit von der Dicke des CoPt-Films zeigt;
  • Abbildung 2 zeigt eine Röntgen-Diffraktionskurve für einen CoPt-Film mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom- Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem nukleierenden Ti-Film mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem Si-Substrat;
  • Abbildung 3 zeigt in Form eines Graphs die horizontale (in der Ebene liegende) Koerzitivität eines CoPt-Films mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem nukleierenden Ti-Film mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten¹, auf einem Si-Substrat in Abhängigkeit von der Ausbildungstemperatur des Substrats; ¹ A. d. Ü.: Die sonst verwendete Angabe "(1,5·10&supmin;&sup8; m)" fehlt hier im Original. Bitte prüfen.
  • Abbildung 4 ist der Querschnitt durch die Darstellung eines aus einem dreischichtigem Film bestehenden magnetischen Aufzeichnungsträgers gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • Abbildung 5 zeigt die B-H-Schleife für das in Abbildung 4 dargestellte und aus drei Schichten bestehende Filmmedium.
  • Dünnfilme aus Kobalt-Platin (COPt) zur Bildung eines Aufzeichnungsträgers für horizontale magnetische Aufzeichnung werden in der Regel auf einer nukleierenden Zwischenschicht ausgebildet, die zwischen einem Silizium-Substrat (Si) und der magnetisierbaren CoPt-Schicht ausgebildet wird. Bei einem solchen magnetischen Aufzeichnungsträger verstärkt die nukleierende Schicht das Wachstum der hexagonal dichtest gepackten (HCP) Kristallstruktur der magnetisierbaren CoPt-Schicht, was zu einem CoPt-Film mit einer Komponente in der C-Achse der Filmebene führt. Die horizontale Koerzitivität solcher CoPt-Filme hängt von der Ausbildungstemperatur, der Art der Zwischenschicht und der Dicke des CoPt-Films ab. Der Graph in Abbildung 1 zeigt die generelle Beziehung zwischen der horizontalen Koerzitivität eines CoPt-Films mit 10 at.% Platin (Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;) in Abhängigkeit von der Dicke des CoPt-Films. Die in Abbildung 1 genannten Daten beziehen sich auf ein Dünnfilmmedium für magnetische Aufzeichnungen, bei dessen Substrat es sich um Einkristall-Halbleitersilizium handelt und dessen Zwischenschicht ein Chrom-Kobalt-Film mit einer Dicke in der Größe von 3700 Angstrom-Einheiten (3,7 · 10&supmin;&sup7; m) und mit 20 at.% Kobalt (Cr&sub8;&sub0;Co&sub2;&sub0;) bildet. Die Ausbildung der Cr&sub8;&sub0;Co&sub2;&sub0;- Zwischenschicht und des magnetisierbaren Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Films erfolgte durch DC-Magnetron-Sputtern bei einem Argon-Druck von 2 · 10&supmin;³ Torr (0,266 Pa) und einer Substrattemperatur von ungefähr 145 bis 155ºC. Eine Röntgen-Diffraktionsanalyse eines derartigen Aufzeichnungsträgers zeigt Reflektionsspitzen, die der Ebene (110) des CoPt-Films und der Ebene (200) der CrCo-Zwischenschicht entsprechen und damit die innerhalb der Ebene starke Ausrichtung der C-Achse des HCP-CoPt-Films in einem solchen Aufzeichnungsträger belegen.
  • Im Rahmen der Entwicklung eines aus mehreren Schichten bestehenden Aufzeichnungsträgers für die vertikale Aufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde zunächst ein Aufbau mit einer einzigen Schicht geschaffen, bei der ein Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Film mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem Titan-Film (Ti-Film) mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem Silizium-Substrat ausgebildet wurde. Die Filme wurden durch DC- Magnetron-Sputtern bei einer Ausbildungstemperatur des Substrats von 160ºC und einem Argon-Druck von 2·10&supmin;³ Torr (0,266 Pa) gebildet. Eine Röntgen-Diffraktionsanalyse des Aufzeichnungsträgers ist in Abbildung 2 gezeigt. Die Spitze bei 20 = 37,9º entspricht einer Reflektion der Ebene (002) des Ti-Films und die Spitze bei 20 = 43,6º entspricht einer Reflektion der Ebene (002) des CoPt-Films. Abbildung 2 bestätigt also, daß bei der Ausbildung eines CoPt-Films mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) auf dem HCP-Ti-Film die bevorzugte Ausrichtung der C-Achse des HCP-CoPt-Films perpendikular zur Filmebene verläuft. Die in Abbildung 2 gezeigte horizontale Koerzitivität des Films und zwei weiterer identischer Filme, die bei niedrigeren Ausbildungstemperaturen des Substrats geformt wurden, ist in Abbildung 3 gezeigt. Der außerordentlich niedrige Wert für die horizontale Koerzitivität in Abbildung 3 bestätigt die magnetische Queranisotropie der zur C-Achse perpendikularen, bevorzugten Ausrichtung eines Aufbaus, der aus einem Ti-Film und einem 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) dicken magnetisierbaren Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Film besteht. Wenn die Ausbildungstemperatur erhöht wird (Abbildung 3), nimmt die Koerzitivität in der Ebene zu, d. h., die magnetische Queranisotropie wird herabgesetzt. Eine Messung der M-H-Schleife für den Aufbau Si/150 Å Ti/250 Å Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0; ergab eine perpendikulare Koerzitivität von ungefähr 200 bis 300 Oe (Oersted). Ein nukleierender Ti-Film kann eine perpendikulare C-Achsen-Ausrichtung (Abbildung 2) und eine magnetische Queranisotropie bei dünnen Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Filmen (Dicke weniger oder gleich ungefähr 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m)) unterstützen.
  • CoPt-Filme mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom- Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) wurden auch auf andere HCP-nukleierende Filme, einschließlich einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Wolfram (Co&sub3;W), gesputtert. Die Verwendung von Co&sub3;W als nukleierender Film für vertikale magnetische Aufzeichnungsträger wird in EP-A-220597 beschrieben.
  • Es wurde festgestellt, daß im Falle eines CoPt-Films, der auf einem HCP-nukleierenden Film ausgebildet wurde, die bevorzugte perpendikulare Ausrichtung der C-Achse des HCP-CoPt-Films zur Filmebene weniger stark ausgeprägt ist, wenn die Dicke des CoPt-Films auf mehr als rund 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) ansteigt. Wenn der CoPt-Film in seiner Dicke zunimmt und eine Komponente der C-Achse in seiner Ebene entwickelt, weist der Film magnetische Queranisotropie auf. Bleibt jedoch die Dicke des auf dem HCP-Film ausgebildeten CoPt-Films unter rund 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m), ist die bevorzugte Ausrichtung der C-Achse perpendikular zu der Ebene, auch wenn die perpendikulare Koerzitivität eines solchen einzelnen Films nicht ausreicht, um für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium eingesetzt werden zu können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein laminierter bzw. aus mehreren Schichten bestehender Filmaufbau für einen magnetischen Aufzeichnungsträger gebildet, bei dem jede Schicht des Aufbaus einen Co&sub3;W-Film mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·10&supmin;&sup8; m) und einen Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Film mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) umfaßt. Diese Schichten werden von einem Silizium-Substrat (Si) getragen. Bei diesem aus mehreren Schichten bestehenden Aufbau ist die perpendikulare Koerzitivität wesentlich höher als bei einem Aufbau mit einer Schicht. Ein Querschnitt des aus drei Schichten bestehenden Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Abbildung 4 gezeigt. Abbildung 5 zeigt die B-H-Schleife des in Abbildung 4 dargestellten Aufbaus mit drei Schichten. Die perpendikulare Koerzitivität beträgt 700 Oersted (Oe) und ist damit beträchtlich höher als die Koerzitivität eines einzelnen CoPt-Films, der auf einem einzelnen nukleierenden HCP-Film ausgebildet ist und die beispielsweise für einen Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;-Film mit einer Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) auf einem Ti-Film mit einer Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·,0&supmin;&sup8; m) 200 bis 300 Oe beträgt.
  • Auf diese Weise führt ein laminierter bzw. aus mehreren Schichten bestehender Aufbau, bei dem sich CoPt-Filme mit stark ausgerichteten nukleierenden HCP-Filmen abwechseln, zu einem geeigneten Aufbau für die Verwendung in einem Aufzeichnungsträger für die vertikale magnetische Aufzeichnung. Die Anzahl der Schichten im laminierten Aufbau, die Dicke der einzelnen Schichten und die Ausbildungstemperatur können variiert werden, um die vertikale magnetische Aufzeichnungsfähigkeit des Mediums zu verbessern. Die perpendikulare Koerzitivität des Aufbaus und seine Koerzitivität in der Ebene kann beispielsweise durch Veränderung der Dicke des nukleierenden Films und des CoPt-Films angepaßt werden.
  • Neben Ti und Co&sub3;W ergeben Rhenium (Re), Osmium (Os), Ruthenium (Ru), Hafnium (Hf), Zirkon (Zr) und die Beta-Phase von Tantal (β-Ta) geeignete nukleierende HCP-Filme. Die Verwendung von β-Ta als nukleierender Film für einen Aufzeichnungsträger zur vertikalen magnetischen Aufzeichnung wird in EP-A-216610 beschrieben.
  • Während Pt für die Bildung des magnetisierbaren Films jeder Schicht des laminierten Aufbaus das bevorzugte Element einer Legierung auf Kobaltbasis ist, sind die übrigen Elemente, die für die Verwendung in einer Legierung auf Kobaltbasis geeignet sind, Nickel (Ni), Rhenium (Re) und Palladium (Pd). Alle dieser Elemente sind bekannt für ihre Eignung zur Verwendung in auf Kobalt basierenden Legierungen für die horizontale magnetische Aufzeichnung.
  • Bei denjenigen Anwendungen des Aufzeichnungsträgers für die vertikale Aufzeichnung, bei denen es erwünscht ist, auf derselben Seite des Mediums Polköpfe zu verwenden, wie beispielsweise bei der Anwendung für Disketten, ist es erforderlich, über eine Zwischenschicht zwischen dem Silizium- Substrat und dem mehrschichtigen Filmaufbau zu verfügen, um im Aufzeichnungsträger einen Rückweg für den Magnetfluß zu schaffen. Eine herkömmliche Zwischenschicht für diesen Zweck ist eine Schicht aus Nickeleisen (NiFe).
  • Die obige Beschreibung und die Zeichnungen beziehen sich nur auf die erfundenden Strukturen, die Bestandteil des beschriebenen Aufzeichnungsträgers für vertikale magnetische Aufzeichnung sind, und nicht auf die herkömmlichen, allgemein bekannten Bestandteile des Aufzeichnungsträgers und seines Fertigungsprozesses. Es ist beispielsweise bekannt, daß bei der Herstellung eines aus Metallegierungen bestehenden magnetischen Dünnfilm-Aufzeichnungsträgers ein Schutzüberzug wie beispielsweise ein gesputterter Kohlenstoffilm auf dem magnetisierbaren Film aufgebracht wird und daß unter bestimmten Umständen eine Adhäsionsschicht wie beispielsweise ein gesputterter Titanfilm zwischen diesem Schutzüberzug und dem magnetisierbaren Film verwendet wird. Bei einem Aufzeichnungsträger gemäß der vorliegenden Erfindung würden die Adhäsionsschicht und der Schutzüberzug über der äußersten Schicht des mehrschichtigen Filmaufbaus gebildet.

Claims (6)

1. Magnetischer Aufzeichnungsträger mit einem Substrat und einem magnetisierbaren Filmaufbau, der eine von dem Substrat getragene im wesentlichen hexagonal dichtest gepackte (HCP) Kristallstruktur besitzt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Filmaufbau aus einer Mehrzahl von Filmschichten besteht, wobei jede Filmschicht
einen ersten, nicht magnetisierbaren nukleierenden Film mit im wesentlichen hexagonal dichtest gepackter (HCP) Kristallstruktur aufweist, sowie
einen zweiten, magnetisierbaren Film aus einer Legierung, welche Kobalt und ein Element, ausgewählt aus der aus Platin, Nickel, Rhenium und Palladium bestehenden Gruppe, enthält, der auf dem nukleierenden Film ausgebildet ist und eine vorbestimmte Dicke hat, so daß er eine HCP-Kristallstruktur mit magnetischer Queranisotropie besitzt.
2. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht magnetisierbare, nukleierende Film in jeder Schicht aus einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Wolfram (CoW) und der magnetisierbare Film in jeder Schicht aus einer Legierung von Kobalt und Platin (CoPt) hergestellt ist.
3. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht magnetisierbare, nukleierende Film in jeder Schicht aus einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Wolfram (Co&sub3;W) und der magnetisierbare Film in jeder Schicht aus einer Legierung von Kobalt und Platin (Co&sub9;&sub0;Pt&sub1;&sub0;) hergestellt ist.
4. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht magnetisierbare, nukleierende Film in jeder Filmschicht aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan (Ti), einer intermetallischen Verbindung von Kobalt und Wolfram (CoW), Rhenium (Re), Osmium (Os), Ruthenium (Ru), Hafnium (Hf), Zirkon (Zr) und der Beta-Phase von Tantal besteht.
5. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach irgend einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Filmschicht der nicht magnetisierbare, nukleierende Film eine Dicke in der Größe von 150 Angstrom-Einheiten (1,5·10&supmin;&sup8; m) und der magnetisierbare Film eine Dicke in der Größe von 250 Angstrom-Einheiten (2,5·10&supmin;&sup8; m) besitzt.
6. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach irgend einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen auf dem magnetisierbaren Filmaufbau ausgebildeten Schutzüberzug besitzt.
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