JP5178451B2

JP5178451B2 - 磁気記憶媒体製造方法

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Publication number: JP5178451B2
Application number: JP2008271317A
Authority: JP
Inventors: 隆弘指宿; 雅重佐藤
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: US20100159283A1; JP2010102757A

Description

本発明は、磁気記憶媒体製造方法に関する。

近年、磁気記憶媒体においては、高密度に情報を記録する記録密度の増大化が進んでいる。そして、記録密度の増大化は、情報を記録する１Ｂｉｔの体積が減少するため、熱揺らぎの影響によって情報が消失してしまうことが問題となっている。

この熱揺らぎを抑制するためには、磁気異方性エネルギーを熱エネルギーより十分に大きくすれば良い。そして、磁気異方性エネルギーを熱エネルギーより十分に大きくするためには、高い磁気異方性を有する材料を記憶媒体として適用することが好ましい。

高い磁気異方性を有する材料としては、例えば、Ｌ１_０構造を有する「ＦｅＰｔ」や「ＣｏＰｔ」などがある。ところが、「ＦｅＰｔ」や「ＣｏＰｔ」などの材料は、ｆｃｃ（face-centered cubic lattice）構造からＬ１_０構造の規則合金とすることで高い磁気異方性を有するものの、当該規則合金を得るための熱処理にかかる温度が非常に高くなってしまう。例えば、「ＦｅＰｔ」や「ＣｏＰｔ」などが堆積された膜を規則化させるためには、６００℃程度での熱処理が必要である。

そこで、「ＦｅＰｔ」や「ＣｏＰｔ」などに「Ｂ」元素を添加させることで、「ＦｅＰｔＢ」や「ＣｏＰｔＢ」などの合金の規則化にかかる熱処理温度を抑制する様々な技術が開示されている。

特開２００４−３１１６０７号公報特開２００５−６８４８６号公報［著者名］Oikawa,K．、Yamaguchi，H．、Kitakami,O．、Okamoto,S．、Shimada,Y．、Fukamichi,K．、［タイトル］「Effects of B and C on the ordering of L10‐CoPt thin films」、［出版社］American Institute of Physics、［発行日］2001年、［掲載誌名］Applied Physics Letters、［巻］79、［号］13、［ISSN／ISBN］0003‐6951

しかしながら、上述した従来技術では、合金の規則化にかかる熱処理温度が高いという課題がある。具体的には、「ＣｏＰｔ」や「ＦｅＰｔ」などの合金を規則化させるためには、６００℃程度の熱処理が必要であり、「ＣｏＰｔＢ」や「ＦｅＰｔＢ」などの合金の規則化にかかる熱処理温度が抑制できる理由としては、「Ｂ」元素が低温で拡散を開始することに起因する。そして、「Ｂ」元素の移動により生じた空孔にエネルギー的に安定したＦｅ、ＣｏおよびＰｔが配位することにより、Ｌ１_０構造が４００℃程度の熱処理温度で得られるが、依然として、合金の規則化にかかる熱処理温度が高い。

そこで、本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することが可能である磁気記憶媒体、かかる磁気記憶媒体の製造方法および情報記憶装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本願の開示する磁気記憶媒体は、基板上に、高磁気異方性材料に当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料が添加された第一磁性層膜と、前記第一磁性層膜のキャップ層であって、前記低温拡散材料の拡散を促進させる材料を有する第二磁性層膜と、を積層させたことを要件とする。

本願の開示する磁気記憶媒体、磁気記憶媒体製造方法および情報記憶装置によれば、合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することが可能であるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る磁気記憶媒体、かかる磁気記憶媒体の製造方法および情報記憶装置の実施例を詳細に説明する。

［磁気記憶媒体の構造］
最初に、本実施例に係る磁気記憶媒体の構造を説明する。

本願の開示する磁気記憶媒体は、基板上に、高磁気異方性材料に当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料が添加された第一磁性層膜と、当該第一磁性層膜のキャップ層であって、低温拡散材料の拡散を促進させる材料を有する第二磁性層膜とが積層されている。

具体的に説明すると、磁気記憶媒体は、高い磁気異方性を有する高磁気異方性材料である「ＣｏＰｔ」または「ＦｅＰｔ」に、当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料である「Ｂ」元素が添加された第一磁性層膜を有する。

第一磁性層膜である「ＣｏＰｔＢ」または「ＦｅＰｔＢ」の「Ｂ」元素は、「ＣｏＰｔ」または「ＦｅＰｔ」が有する空間格子の隙間に「Ｂ」元素が入り込んだ状態である侵入型である。例えば、磁気ヘッドで利用されている「ＣｏＦｅＢ」の回折は、「Ｂ」の濃度が低くなると、回折位置が変わることなく回折強度のみが増大する。

そして、磁気記憶媒体は、第一磁性層膜「ＣｏＰｔＢ」または「ＦｅＰｔＢ」のキャップ層であって、低温拡散材料「Ｂ」元素と強く結合して当該低温拡散材料「Ｂ」元素の移動を促進させる材料である「Ｔｉ」を有する第二磁性層膜を有する。

なお、「Ｂ」元素が「Ｔｉ」と強く結合することは、特開平９−１９５０６６号公報の表３（ホウ化物と標準生成エンタルピーとの表）より、「ＴｉＢ」の標準生成エンタルピーが磁性材料である「ＮｉＢ」よりも小さいことから、「ＣｏＢ」または「ＦｅＢ」よりも「ＴｉＢ」の方が強く結合して生成しやすいと推察できる。

要するに、磁気記憶媒体は、第一磁性層膜「ＣｏＰｔＢ」または「ＦｅＰｔＢ」と、第二磁性層膜「Ｔｉ」とを基板上に積層された磁性多層膜の一部に、「ＣｏＰｔＢ＋Ｔｉ」または「ＦｅＰｔＢ＋Ｔｉ」として含む構造を有する。

その後、「ＣｏＰｔＢ＋Ｔｉ」または「ＦｅＰｔＢ＋Ｔｉ」として積層された磁気記憶媒体は、規則合金を得るための熱処理で、「Ｂ」元素が「Ｔｉ」層に吸収され、ｆｃｃ構造である「ＣｏＰｔ」または「ＦｅＰｔ」がＬ１_０構造に変態される。

つまり、磁気記憶媒体は、「Ｂ」元素が低温の熱処理で拡散を開始することに加えて、「Ｂ」元素の拡散をより促進させるために、当該「Ｂ」元素と強く結合する材料「Ｔｉ」をキャップ層として適用させるので、合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することが可能である。

［熱処理温度と保磁力との依存関係］
次に、図１を用いて、合金の規則化にかかる熱処理温度と保磁力との依存関係を説明する。図１は、合金の規則化にかかる熱処理温度と保磁力との依存関係を説明するための図である。

基板上に（ＣｏＰｔ）_{１００−ｘ}Ｂ_ｘを１０ｎｍ［ナノメートル］（ｘ＝０，３，８）堆積させた材料と、基板上に（ＣｏＰｔ）_９２Ｂ_８を１０ｎｍおよび「Ｔｉ」を５ｎｍ堆積させた材料とを、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃および６００℃で熱処理した場合の保磁力を図１に示す。

図１に示すように、保磁力は、「Ｂ」元素を添加することによって、合金の規則化にかかる熱処理温度を低くしても高く保たれる。また、保磁力は、「Ｂ」元素と強く結合する「Ｔｉ」をキャップ層として利用すると、さらに低い熱処理温度において高く保たれる。

例えば、保磁力は、図１に示すように、４００℃で熱処理される場合に、「０ａｔ％Ｂ：０．２ｋＯｅ」、「３ａｔ％Ｂ：１．９ｋＯｅ」および「８ａｔ％Ｂ：５．４ｋＯｅ」であることから、「Ｂ」元素が添加されると熱処理温度を低くしても高く保たれる。

また、例えば、保磁力は、図１に示すように、３００℃で熱処理される場合に、「８ａｔ％Ｂ＋Ｔｉ（キャップ）：６．２ｋＯｅ」であることから、「Ｔｉ」をキャップ層として利用すると、さらに低い熱処理温度において高く保たれる。なお、「８ａｔ％Ｂ＋Ｔｉ」の保磁力は、４００℃以上で熱処理される場合に、「Ｔｉ」の拡散が開始されることによって低下する。

［Ｔｉ膜の厚さ］
次に、図２を用いて、Ｔｉ膜の厚さに対する保磁力の変化を説明する。図２は、３００℃の熱処理におけるＴｉ膜の厚さに対する保磁力の変化を説明するための図である。

基板上に（ＣｏＰｔ）_９２Ｂ_８を１０ｎｍおよび「Ｔｉ」を「ｙ」ｎｍ（ｙ＝１，２，３，５）堆積された材料を、３００℃で熱処理した場合のＴｉ膜の膜厚と保磁力との関係は、図２に示すように、「Ｔｉ」の膜厚が２ｎｍ以上で飽和する。このことにより、キャップ層として利用する「Ｔｉ」膜の膜厚は、２ｎｍ以上とする。

例えば、保磁力は、図２に示すように、Ｔｉを１ｎｍ堆積した場合に、４ｋＯｅとなり、Ｔｉを２ｎｍ堆積した場合に、５．４ｋＯｅとなる。また、例えば、保磁力は、Ｔｉを３ｎｍ堆積した場合に、６．１ｋＯｅとなり、Ｔｉを５ｎｍ堆積した場合に、６ｋＯｅとなる。このことにより、３００℃で熱処理した場合のＴｉ膜の膜厚と保磁力との関係は、Ｔｉの膜厚が２ｎｍ以上で飽和することとなる。

つまり、磁気記憶媒体は、低温の熱処理で拡散を開始する「Ｂ」元素と強く結合する「Ｔｉ」をキャップ層として適用する場合に、「Ｔｉ」を２ｎｍ以上積層させることにより保磁力が飽和するので、当該「Ｔｉ」の積層を２ｎｍ以上とすれば良い。

［磁気記憶媒体製造方法］
次に、図３を用いて、磁気記憶媒体の製造方法を説明する。図３は、磁気記憶媒体の製造方法を説明するための図である。

具体的には、磁気記憶媒体は、第一磁性層膜の下層に、ＭｇＯからなる結晶配向層をさらに有する。また、ＭｇＯは、基板上の軟磁性層であるＣｏＦｅＢ上に積層される。

例えば、図３に示すように、ガラス基板上にＡＰＳ−ＳＵＬ（Anti‐Parallel Structure Soft Under Layer）層のＳＵＬ１層として、ＣｏＦｅＢを２５ｎｍおよびＲｕを１．８ｎｍ堆積させ、ＳＵＬ２層としてＣｏＦｅＢを２５ｎｍ堆積させる。

また、アモルファスＣｏＦｅＢ上には、記録層の結晶配向制御層として、ＭｇＯを３〜５ｎｍ堆積させる。このように、アモルファスＣｏＦｅＢ上にＭｇＯを堆積させると、当該ＭｇＯは、（００１）面に結晶配向するので、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔを（００１）面に配向させるテンプレート層が完成する。そして、ＣｏＰｔＢまたはＦｅＰｔＢを１０ｎｍ堆積させ、当該ＣｏＰｔＢ層またはＦｅＰｔＢ層上にＴｉを５ｎｍ堆積させることで、記憶媒体の磁性積層膜が完成する（図３の左図参照）。

完成された磁性積層膜は、Ｌ１_０構造のＣｏＰｔまたはＦｅＰｔを得るために、３００℃程度の熱処理が施される。このことにより、成膜時に結晶質のＴｉ層がＢ元素を吸収してアモルファス層に変態し、ＣｏＰｔ層は、ｆｃｃ構造からＬ１_０構造に変態する。

但し、上記により完成された磁性積層膜は、磁性体が連続的であったり、Ｔｉ層を有していたりするため、ライトヘッドとＳＵＬとの間の距離（ＡＢＳ（Air Bearing Surface）−ＳＵＬ間の距離）が遠い。さらに、完成された磁性積層膜は、所望の書き込み磁界を得ることができないことから、磁気記憶媒体としてそのまま利用することができない。

そこで、完成された磁性積層膜を磁気記憶媒体として利用するには、磁性層を連続膜から１Ｂｉｔごとに分断するビットパターンドメディア（ＢＰＭ）にする必要がある。また、磁性積層膜の加工後には、ＡＢＳ−ＳＵＬ間の距離を短くするために、平坦化させるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）を施し、さらに、キャップ層として利用したＴｉ層を除去する（図３の右図参照）。

以下では、磁気記憶媒体の製造（加工）の工程として、ＩＢＥ（Ion Beam Etching）と、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）とに分けて説明する。

（ＩＢＥによる加工）
例えば、図４−１に示すように、磁性積層膜（基板および媒体膜）に保護膜となるレジスト（光硬化樹脂）を塗布し、媒体Ｂｉｔパターンに成型されたモールドを押しあてて、レジスト形状パターンを作製する。なお、図４−１は、レジスト形状パターン作製を説明するための図である。

そして、図４−２に示すように、作製された形状パターンにＩＢＥによってミリングを施し、ＣｏＰｔ層をパターニングする。ＩＢＥによるミリングは、ＳＵＬ層に凹凸が生じて、一様に面内磁化したＳＵＬ層の磁化分布が崩れることによる漏れ磁界による隣接トラックの記録状態の消失（イレーズ）が発生することを防ぐために、ＭｇＯ層で止める。

また、ＭｇＯ層を３ｎｍ〜５ｎｍとするのは、当該ＭｇＯ膜が厚すぎると、ＡＢＳ−ＳＵＬ間の距離が遠くなることによる媒体磁界の低減を招いてしまうからである。また、一方で、ＭｇＯ層を３ｎｍ〜５ｎｍとするのは、ＭｇＯ膜が薄すぎると、加工マージンが得られないためである。なお、図４−２は、ミリングを説明するための図である。

続いて、ミリングされた磁性積層膜（図５−１参照）は、凹部を非磁性材料であるＴｉによって埋められる（図５−２参照）。なお、凹部を埋める材料としてＴｉを用いるのは、ＣｏＰｔ層上部のＴｉと同一の材料で凹部を埋めることによって、後述するＣＭＰにおける研磨レートの差によって生じる段差を最小限に抑えるためである。また、図５−１は、ミリングされた磁性積層膜の断面図であり、図５−２は、ミリング後の凹部をＴｉで埋めた磁性積層膜の断面図である。

その後、凹部をＴｉで埋められた媒体は、ＣＭＰ処理により、レジストとＢ元素を吸収したＴｉ層とが平坦化される（図５−３参照）。そして、ＣＭＰ処理された媒体は、保護層として、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）を成膜する（図５−４参照）。なお、図５−３は、ＣＭＰ処理によって平坦化された磁性積層膜の断面図であり、図５−４は、ＤＬＣを成膜された磁性積層膜の断面図である。

上記のＩＢＥによる工程によって、Ｌ１_０構造のＣｏＰｔを有するビットパターンドメディア媒体が完成する。

（ＲＩＥによる加工）
ＲＩＥ処理によって微細加工を実施する場合には、例えば、積層膜として、ＡＰＳ−ＳＵＬ層上に、Ｔａを３ｎｍ、ＭｇＯを２ｎｍ、ＣｏＰｔＢを１０ｎｍ、Ｔｉを５ｎｍおよびＴａを５ｎｍ積層させる。そして、ＩＢＥ処理と同様に、磁性積層膜（基板および媒体膜）に保護膜となるレジスト（光硬化樹脂）を塗布し、媒体Ｂｉｔパターンに成型されたモールドを押しあてて、レジスト形状パターンを作製する（図４−１参照）。

続いて、作製された形状パターンのＴａマスク部（上部のＴａ）にＩＢＥによってミリングを施す。その後、ＣＯ‐ＮＨ_３を用いたＲＩＥ処理によってＣｏＰｔ膜の微細加工を実施する。なお、エッチングは、ＭｇＯ下層のＴａ層（下部のＴａ）で止める（図４−２参照）。

そして、微細加工された磁性積層膜（図６−１参照）は、凹部を非磁性材料であるＴｉによって埋める（図６−２参照）。なお、図６−１は、微細加工された磁性積層膜の断面図であり、図６−２は、微細加工後の凹部をＴｉで埋めた磁性積層膜の断面図である。

続いて、凹部をＴｉで埋められた媒体は、ＣＭＰ処理により、レジスト、Ｂ元素を吸収したＴｉ層およびＴａ層が平坦化される（図６−３参照）。その後、ＣＭＰ処理された媒体は、保護層として、ＤＬＣを成膜する（図６−４参照）。なお、図６−３は、ＣＭＰ処理によって平坦化された磁性積層膜の断面図であり、図６−４は、ＤＬＣを成膜された磁性積層膜の断面図である。

上記のＲＩＥによる工程によってＬ１_０構造のＣｏＰｔを有するビットパターンドメディア媒体が完成する。

［情報記憶装置］
次に、図７を用いて、上記の磁気記憶媒体を有する情報記憶装置の構成について説明する。図７は、情報記憶装置の構成例を示す図である。

具体的には、情報記憶装置は、基板上に、高磁気異方性材料に当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料が添加された第一磁性層膜と、当該第一磁性層膜のキャップ層であって、低温拡散材料の拡散を促進させる材料を有する第二磁性層膜とを積層させた磁気記憶媒体を有する。

例えば、図７に示すように、情報記憶装置１における磁気記憶媒体１０は、各種情報を高密度に記憶する垂直磁気記憶媒体であり、スピンドルモータ１１により回転駆動される。

そして、磁気記憶媒体１０の読み書きは、ヘッド支持機構であるアーム１２の一方の先端に設けられたヘッド１３によって行われる。ヘッド１３は、磁気記憶媒体１０の回転により生じる揚力によって、当該磁気記憶媒体１０の表面からわずかに浮いた状態を維持して読み書きを実行する。

また、アーム１２のもう一方の端に設けられたヘッド駆動機構であるボイスコイルモータ１４の駆動により、アーム１２が軸１５を中心とする円弧上を回動し、ヘッド１３が磁気記憶媒体１０のトラック横断方向にシーク移動し、読み書きする対象のトラックを変更する。

［本実施例による効果］
上述したように、磁気記憶媒体は、高温での熱処理が必要であり、高い磁気異方性を有する高磁気異方性材料に、当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料が添加され、さらに、当該添加された低温拡散材料と強く結合して、当該低温拡散材料の移動を促進させる材料を有するので、合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することが可能である。

例えば、磁気記憶媒体は、高い磁気異方性を有する高磁気異方性材料であるＣｏＰｔまたはＦｅＰｔに、当該高磁気異方性材料よりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料であるＢ元素が添加された第一磁性層膜を有する。そして、磁気記憶媒体は、第一磁性層膜ＣｏＰｔＢまたはＦｅＰｔＢのキャップ層であって、低温拡散材料Ｂ元素と強く結合して当該低温拡散材料Ｂ元素の移動を促進させる材料であるＴｉを有する第二磁性層膜を有する。この結果、合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することが可能である。

また、本実施例では、ミリングした磁性積層膜の凹部をＴｉで埋める場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非磁性の材料であれば何であっても良い。

合金の規則化にかかる熱処理温度と保磁力との依存関係を説明するための図である。３００℃の熱処理におけるＴｉ膜の厚さに対する保磁力の変化を説明するための図である。磁気記憶媒体の製造方法を説明するための図である。レジスト形状パターン作製を説明するための図である。ミリングを説明するための図である。ミリングされた磁性積層膜の断面図である。ミリング後の凹部をＴｉで埋めた磁性積層膜の断面図である。ＣＭＰ処理によって平坦化された磁性積層膜の断面図である。ＤＬＣを成膜された磁性積層膜の断面図である。微細加工された磁性積層膜の断面図である。微細加工後の凹部をＴｉで埋めた磁性積層膜の断面図である。ＣＭＰ処理によって平坦化された磁性積層膜の断面図である。ＤＬＣを成膜された磁性積層膜の断面図である。情報記憶装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１情報記憶装置
１０磁気記憶媒体
１１スピンドルモータ
１２アーム
１３ヘッド
１４ボイスコイルモータ
１５軸

Claims

基板上に、
高磁気異方性材料であるＣｏＰｔまたはＦｅＰｔに、これよりも低温の熱処理で拡散を開始する低温拡散材料であるＢが添加されたＣｏＰｔＢまたはＦｅＰｔＢからなる磁性層を積層する磁性層積層工程と、
前記低温拡散材料の拡散を促進させる材料であるＴｉを有する、前記磁性層のキャップ層を積層するキャップ層積層工程と、
を含んだことを特徴とする磁気記憶媒体製造方法。