説明

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

【課題】合金の規則化にかかる熱処理温度を低減することを課題とする。
【解決手段】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し、当該第一磁性層膜CoPtBまたはFePtBのキャップ層であって、低温拡散材料である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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、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関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
高い磁気異方性を有する材料としては、例えば、L1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。
【0005】
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。
【0006】
【特許文献1】特開2004−311607号公報
【特許文献2】特開2005−68486号公報
【非特許文献1】[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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【発明の効果】
【0010】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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。
【実施例】
【0012】
[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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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構造に変態される。
【0020】
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。
【0021】
[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。
【0022】
基板上に(CoPt)100−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)92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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
[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。
【0027】
基板上に(CoPt)92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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
[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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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)。
【0034】
完成された磁性積層膜は、L1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構造に変態する。
【0035】
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。
【0036】
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)。
【0037】
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。
【0038】
(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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
上記のIBEによる工程によって、L1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。
【0044】
(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)。
【0045】
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)。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
上記のRIEによる工程によってL1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。
【0049】
[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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
[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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】磁気記憶媒体の製造方法を説明するための図である。
【図4−1】レジスト形状パターン作製を説明するための図である。
【図4−2】ミリングを説明するための図である。
【図5−1】ミリングされた磁性積層膜の断面図である。
【図5−2】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。
【図5−3】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。
【図5−4】DLCを成膜された磁性積層膜の断面図である。
【図6−1】微細加工された磁性積層膜の断面図である。
【図6−2】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。
【図6−3】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。
【図6−4】DLCを成膜された磁性積層膜の断面図である。
【図7】情報記憶装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0058】
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

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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特徴とする磁気記憶媒体。
【請求項2】
前記第一磁性層膜は、前記高磁気異方性材料であるCoPtまたはFePtに、前記低温拡散材料であるBが添加されたCoPtBまたはFePtBからなり、
前記第二磁性層膜は、Tiからなることを特徴とする請求項1に記載の磁気記憶媒体。
【請求項3】
前記第二磁性層膜の膜厚は、2nm以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気記憶媒体。
【請求項4】
前記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ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気記憶媒体。
【請求項5】
前記MgOは、基板上の軟磁性層であるCoFeB層上に積層されることを特徴とする請求項4に記載の磁気記憶媒体。
【請求項6】
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を積層する第一磁性層膜積層工程と、
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を積層する第二磁性層膜積層工程と、
を含んだことを特徴とする磁気記憶媒体製造方法。
【請求項7】
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、
を積層させた磁気記憶媒体を有する情報記憶装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4−1】
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【図4−2】
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【図5−1】
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【図5−2】
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【図5−3】
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【図5−4】
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【図6−1】
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【図6−2】
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【図6−3】
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【図6−4】
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【図7】
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【公開番号】特開2010−102757(P2010−102757A)
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−271317(P2008−271317)
【出願日】平成20年10月21日(2008.10.21)
【出願人】(000002004)昭和電工株式会社 (3,251)
【Fターム(参考)】