專利名稱：用于改進(jìn)的磁性層的濺射靶材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濺射靶，并且特別涉及一種改進(jìn)的濺射靶材料，當(dāng)在氧氣環(huán)境中反應(yīng)濺射時(shí)，該材料能夠提供具有優(yōu)化的晶粒尺寸以及晶間間隔的磁性數(shù)據(jù)存儲薄膜。
背景技術(shù)：
濺射工藝廣泛應(yīng)用于各種不同領(lǐng)域中以提供具有精確控制的厚度以及原子尺度光滑表面的薄膜材料沉積，例如用于涂覆半導(dǎo)體和/或在磁記錄介質(zhì)的表面上形成薄膜。在反應(yīng)濺射工藝中，將陰極濺射靶置于部分的填充有化學(xué)反應(yīng)氣體的真空室內(nèi)，并且暴露于電場中以產(chǎn)生等離子體。該等離子體中的離子撞擊濺射靶的表面從而使得該濺射靶從濺射靶表面發(fā)射原子。從靶上濺射出去的材料與氣體混合物中的活性反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成化合物，該化合物則在基底表面上形成所期望的薄膜。
傳統(tǒng)的磁記錄介質(zhì)一般包括幾個(gè)薄膜層，利用多個(gè)濺射靶使其順序的濺射到基底上。如

圖1所示，用于傳統(tǒng)磁記錄介質(zhì)的典型的薄膜堆層100具有非磁性基底101、種子層102、至少一個(gè)底層104、至少一個(gè)夾層105、至少一個(gè)磁性數(shù)據(jù)存儲層106，以及潤滑層108。數(shù)據(jù)在離散的區(qū)域中存儲到磁性數(shù)據(jù)存儲層106上，所述離散區(qū)域被磁化以表示數(shù)據(jù)位的開(on)或關(guān)(off)狀態(tài)。
在構(gòu)造具有低串話和高信噪比(SNR)的離散磁性區(qū)域中，磁性材料的晶粒細(xì)化以及晶間微結(jié)構(gòu)間隔是關(guān)鍵的。已經(jīng)采用各種不同的材料做為鈷(Co)基合金的添加劑，以改進(jìn)這種晶粒尺寸降低和間隔，這包括鉻(Cr)、硼(B)以及鉭(Ta)。最近，已經(jīng)開始進(jìn)行涉及到電介質(zhì)材料的研究工作，這種電介質(zhì)材料能夠?qū)崿F(xiàn)“粒狀介質(zhì)”或者具有粒狀微結(jié)構(gòu)的材料的形成，其中納米級磁性晶粒被封裝在絕緣基質(zhì)中。但是，盡管存在這些改進(jìn)方式，傳統(tǒng)材料依然不能用于產(chǎn)生具有充分小的晶粒尺寸以及足夠大的晶間間隔以適應(yīng)日益增長的數(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)存儲薄膜。
隨著磁性薄膜介質(zhì)的細(xì)化接近磁偶極子穩(wěn)定性的極限，愈發(fā)期望研制具有小晶粒尺寸以及足夠的晶間間隔從而每個(gè)晶粒不受介質(zhì)中鄰近晶粒磁性影響的材料。特別的，期望提供一種濺射靶材料，其能夠反應(yīng)濺射以形成具有優(yōu)化的晶粒尺寸以及晶間間隔的粒狀介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種濺射靶材料而解決上述問題，該材料用于反應(yīng)濺射具有優(yōu)化的晶粒尺寸以及晶間間隔特性的粒狀介質(zhì)。
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種由具有基底金屬的鐵磁性合金構(gòu)成的濺射靶。該濺射靶還由金屬X1構(gòu)成，該金屬具有小于0.266nm的原子直徑并且氧化電位高于基底金屬的氧化電位。
濺射靶的鐵磁性合金的基底金屬為鐵(Fe)、Co，或者其它任何鐵磁性金屬。在一種配置中，基底金屬為Co，并且鐵磁性合金還由Ta、鉑(Pt)或者PtCr構(gòu)成。在第二種配置中，基底金屬為Fe，并且鐵磁性合金還由Ta或者Pt構(gòu)成。
鑒于磁性記錄介質(zhì)中的氧化物材料的功能在于用作晶粒間交互作用的絕緣抗磁屏障，本發(fā)明的特征包括在濺射期間X1比其它基質(zhì)材料更加快速的擴(kuò)散到晶粒間界處并且更易于被氧化。當(dāng)X1具有小于0.18nm的原子半徑以及高于-1.0eV的氧化電位時(shí)這些特征更為顯著。
應(yīng)該理解，當(dāng)提及“更高的氧化電位”時(shí)，用詞“更高”指的是以eV測量的更負(fù)電荷。例如，-2.7eV(Mg)的氧化電位高于-2.3eV(Pm)的氧化電位。
從Al、Ba、Be、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Pm、Pr、Rb、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、V、Y、Zn和Zr的列表中選擇金屬X1。而且，濺射靶材料包括高于0原子百分?jǐn)?shù)并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的X1。
根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于制造磁記錄介質(zhì)的方法。該方法包括在氧氣環(huán)境中反應(yīng)濺射由具有基底金屬的鐵磁性合金以及金屬X2構(gòu)成的濺射靶，其中金屬X2具有小于0.266nm的原子直徑并且其氧化電位高于基底金屬的氧化電位。
根據(jù)第三個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種磁記錄介質(zhì)，其具有基層以及形成在該基層之上的數(shù)據(jù)存儲薄膜層。該數(shù)據(jù)存儲薄膜層由具有基底金屬的鐵磁性合金以及金屬X3氧化物構(gòu)成，其中金屬X3具有小于0.266nm的原子直徑并且其氧化電位高于基底金屬的氧化電位的金屬。
從Ba、Be、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Pm、Pr、Rb、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、V、Zn和Zr的列表中選擇金屬X3。
本發(fā)明其優(yōu)點(diǎn)在于提供一種具有晶粒間交互作用的絕緣抗磁屏障的粒狀介質(zhì)。本發(fā)明另一個(gè)特征及優(yōu)點(diǎn)在于提供一種具有改進(jìn)的信噪比的磁記錄介質(zhì)。
在優(yōu)選實(shí)施例的下面描述中，參考形成做為其一個(gè)部分的附圖，并且其中通過示意方式示出一個(gè)施行本發(fā)明的特定實(shí)施例。應(yīng)該理解，還可以采用其它的實(shí)施例并且在不背離本發(fā)明范圍的前提下能夠做出各種改變。
附圖簡要說明現(xiàn)在參考附圖，其中類似的參考標(biāo)記代表相應(yīng)的部分圖1表示一種用于傳統(tǒng)的磁記錄介質(zhì)的典型的薄膜堆層；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的濺射靶；圖3A、3B和3C同時(shí)示出用以形成根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁記錄介質(zhì)的濺射靶的活性濺射的宏觀和微觀視圖；圖4為表示反應(yīng)濺射根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的濺射靶的過程的流程圖；圖5表示具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的增強(qiáng)的磁性數(shù)據(jù)存儲層的薄膜堆層。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)的濺射靶材料，其能夠被反應(yīng)濺射以形成具有粒狀介質(zhì)的磁性數(shù)據(jù)存儲薄膜，該粒狀介質(zhì)具有優(yōu)化的晶粒尺寸以及改進(jìn)的晶間間隔。
圖2描述一種根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的濺射靶。濺射靶200由具有基底金屬的鐵磁性合金以及金屬X1構(gòu)成，其中金屬X1為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。
濺射靶的鐵磁性合金的基底金屬為Fe、Co，或者其它任何鐵磁性金屬。在一種配置中，基底金屬為Co，并且鐵磁性合金還由Ta、Pt或者PtCr構(gòu)成。在第二種配置中，基底金屬為Fe，并且鐵磁性合金還由Ta或者Pt構(gòu)成。
磁性記錄介質(zhì)中的氧化物材料的功能在于用作晶粒間交互作用的絕緣抗磁屏障。因此本發(fā)明的特征包括在濺射期間金屬X1比其它基質(zhì)材料更加快速的擴(kuò)散到晶粒間界處并且更易于被氧化。在這方面，考慮將表1中的金屬用于有效粒狀磁性介質(zhì)中的氧化物的首選。當(dāng)從表1的金屬中選擇的金屬X1結(jié)合有最高的氧化電位(＜-1.0eV)和最低的原子直徑(＜0.18nm)時(shí)這些特征更為顯著。
表1

而且，濺射靶材料由高于0原子百分?jǐn)?shù)并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的金屬X1構(gòu)成。
圖3A、3B和3C描述用以形成根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁記錄介質(zhì)的濺射靶的反應(yīng)濺射。
更加具體的，圖3A描述濺射室310的宏觀視圖。在濺射過程中，濺射靶200置于部分填充有惰性氣體和氧氣的濺射室310中。濺射靶200暴露于電場中以激發(fā)氣體組分產(chǎn)生等離子體316。等離子體316中的離子撞擊濺射靶200的表面從而使得分子從濺射靶200的表面發(fā)射出去。已經(jīng)射離濺射靶200的部分材料與等離子體316中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成氧化物分子。濺射靶200與基層312之間的電壓差使得所發(fā)射的分子在基層312的表面上形成所期望的薄膜314。
圖3B描述在上述濺射過程中的濺射靶200的微觀視圖。在分子水平上，觀察到濺射靶200由鐵磁性合金323的分子以及金屬X2分子324構(gòu)成，其中X2為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。濺射靶200的表面322受到等離子體的濺射氣體組分的高能離子325的撞擊，從而濺射靶200的分子從表面322射離。所發(fā)射的X2分子324與等離子體中的氧氣分子326發(fā)生反應(yīng)以形成氧化物組團(tuán)328，該氧化物組團(tuán)與所發(fā)射的鐵磁性合金分子327并非處于熱動力平衡狀態(tài)。因此，當(dāng)碰撞濺射室中的任何表面時(shí)，這些分子將趨于冷凝至固相。
圖3C描述基層312的微觀視圖?；鶎?12的表面332涂覆有從濺射靶200射離的分子，所述分子冷凝形成鐵磁性材料的離散晶粒334以及氧化物組團(tuán)的基質(zhì)336。氧化物組團(tuán)的基質(zhì)336用作鐵磁性材料的晶粒334之間交互作用的絕緣抗磁屏障，由此提高該磁記錄介質(zhì)的信噪比。
應(yīng)該理解，圖3A、3B和3C并未按照比例繪制，并且僅為本發(fā)明特征的簡化示意。
在圖4中，流程圖400示意濺射靶的反應(yīng)濺射以沉積根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的薄膜粒狀介質(zhì)的步驟。
在步驟410中，過程開始。在步驟420中，提供濺射靶，并且置于濺射室內(nèi)。該濺射靶由具有基底金屬的鐵磁性合金構(gòu)成。該濺射靶還由X2構(gòu)成，其中X2為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。濺射室為其中能夠容納活性等離子體的真空室，并且其中可同時(shí)設(shè)置濺射靶以及基層。
在步驟430中，提供基層，并且置于濺射室中。如此定位該基層從而使得在濺射過程期間能夠積聚薄膜。在步驟440中將同時(shí)包括非活性氣體組分以及氧氣的氣體氣氛導(dǎo)入濺射室中以形成局部真空。
在步驟450中，濺射室中的氣體組分被激發(fā)以產(chǎn)生等離子體。通過在基層以及濺射靶之間施加電壓差以激發(fā)所述的氣體組分。在步驟460中，濺射靶材料做為粒狀介質(zhì)沉積到基層上。這種沉積是如此形成的，即濺射靶受到等離子體中的濺射氣體組分的高能離子的撞擊，從而濺射靶的分子從其表面射離。所發(fā)射的X2的分子與等離子體中的氧氣分子發(fā)生反應(yīng)以形成氧化物組團(tuán)。這些氧化物組團(tuán)以及所發(fā)射的鐵磁性合金的分子均不處于熱動力平衡狀態(tài)，并且因此當(dāng)碰撞濺射室中的任何表面時(shí)將冷凝至其固態(tài)相。因此做為這樣一種表面，在濺射期間所述基層便可積聚期望的材料薄膜。在步驟470中，過程結(jié)束。
圖5描述一種薄膜堆層，其中已經(jīng)在氧氣環(huán)境中利用由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的增強(qiáng)成分構(gòu)成的濺射靶反應(yīng)濺射形成磁性數(shù)據(jù)存儲層。
更具體的，磁記錄介質(zhì)500具有非磁性基底501、種子層502、至少一個(gè)底層504、至少一個(gè)夾層505、數(shù)據(jù)存儲薄膜層506，以及潤滑層508。該磁記錄介質(zhì)500上的數(shù)據(jù)存儲薄膜層506由具有基底金屬的鐵磁性合金以及X3氧化物構(gòu)成，其中X3為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。在可選配置中，磁記錄介質(zhì)500不具有種子層502、底層504、夾層505和/或潤滑層508。
鑒于磁記錄介質(zhì)中的氧化物材料的功能在于用作晶粒間交互作用的絕緣抗磁屏障，本發(fā)明的特征包括在濺射期間X3比其它基質(zhì)材料更加快速的擴(kuò)散到晶粒間界處并且更易于被氧化。在這方面，考慮將表2中的金屬用于有效粒狀磁性介質(zhì)中的氧化物的首選。當(dāng)從表2的金屬中選擇的X3結(jié)合有最低的原子直徑(＜0.18nm)和最高的氧化電位(＜-1.0eV)時(shí)這些特征更為顯著。
表2

而且，磁記錄介質(zhì)包括高于0原子百分?jǐn)?shù)并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的X3。
已經(jīng)結(jié)合具體的示意性實(shí)施例描述了本發(fā)明。應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)局限于上述實(shí)施例并且在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種濺射靶，由如下組分構(gòu)成鐵磁性合金，該鐵磁性合金包括基底金屬；以及X1，其中X1為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶，其中所述基底金屬為Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的濺射靶，其中所述鐵磁性合金還包括Ta。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的濺射靶，其中所述鐵磁性合金還包括Pt。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的濺射靶，其中所述鐵磁性合金還包括Cr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶，其中所述基底金屬為Fe。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的濺射靶，其中所述鐵磁性合金還包括Ta。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的濺射靶，其中所述鐵磁性合金還包括Pt。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶，其中X1為從由Al、Ba、Be、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Pm、Pr、Rb、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、V、Y、Zn和Zr所構(gòu)成的組中選擇的金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶，其中X1具有小于0.18nm的原子半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射靶，其中該濺射靶包括高于0原子百分?jǐn)?shù)并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的X1。
12.一種用于制造磁記錄介質(zhì)的方法，包括以下步驟在包括氧氣的氣氛中反應(yīng)濺射一種濺射靶，其中該濺射靶由如下組分構(gòu)成鐵磁性合金，該鐵磁性合金包括基底金屬；以及X2，其中X2為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。
13.一種濺射在基層上的磁記錄介質(zhì)，包括形成在該基層之上的數(shù)據(jù)存儲薄膜層，其中該數(shù)據(jù)存儲薄膜層由如下組分構(gòu)成鐵磁性合金，該鐵磁性合金包括基底金屬；以及X3氧化物，其中X3為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中所述基底金屬為Co。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的介質(zhì)，其中所述鐵磁性合金還包括Ta。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的介質(zhì)，其中所述鐵磁性合金還包括Pt。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的介質(zhì)，其中所述鐵磁性合金還包括Cr。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中所述基底金屬為Fe。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的介質(zhì)，其中所述鐵磁性合金還包括Pt。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的介質(zhì)，其中所述鐵磁性合金還包括Ta。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中X3選自由Ba、Be、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Pm、Pr、Rb、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、V、Zn和Zr所構(gòu)成的組。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中X3具有小于0.18nm的原子半徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的介質(zhì)，其中該介質(zhì)包括高于0原子百分?jǐn)?shù)并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的X3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由具有基底金屬的鐵磁性合金與金屬X構(gòu)成的濺射靶，其中金屬X為具有小于0.266nm的原子直徑以及高于基底金屬的氧化電位的金屬?；捉饘倏梢詾镕e、Co，或者其它任何鐵磁性材料，并且可進(jìn)一步由例如Pt、Ta和/或Cr構(gòu)成以增強(qiáng)其矯頑磁性。金屬X可為從由Al、Ba、Be、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Mg、Mn、Na、Nb、Nd、Pm、Pr、Rb、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Te、Th、Ti、V、Y、Zn和Zr所構(gòu)成的組中選擇的金屬。該濺射靶可包括高于0并且低于15原子百分?jǐn)?shù)的金屬X。對該濺射靶進(jìn)行反應(yīng)濺射以形成具有優(yōu)化的晶粒尺寸以及晶間間隔的粒狀介質(zhì)。
文檔編號C23C14/14GK1743497SQ20051009787
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者程遠(yuǎn)達(dá), 史蒂文·羅杰·肯尼迪, 邁克爾·吉恩·拉辛 申請人:黑羅伊斯有限公司