專利名稱:使用基于鉭合金的濺射靶的增強晶種層的淀積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般地涉及濺射靶。更具體地,本發(fā)明涉及晶種層(seedlayer)的淀積,該晶種層用于垂直磁記錄(“PMR”)所采用的磁記錄介質(zhì),其中晶種層有助于隨后淀積的底層和/或粒狀磁性層的晶粒細化和減少晶格失配,并且其中使用基于鉭(Ta)合金的濺射靶來淀積晶種層。
相關(guān)技術(shù)的描述直流(“DC”)磁控濺射法廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,例如半導(dǎo)體涂膜和/或在磁性記錄介質(zhì)的表面上成膜,以使得在襯底上薄膜材料的淀積,其厚度得以精確控制并且其在窄的原子級別誤差(atomic fractiontolerances)內(nèi)。在一個通常的結(jié)構(gòu)中,通過將磁體置于靶的后表面,將跑道形狀的磁場應(yīng)用于濺射靶。電子在濺射靶附近被捕獲,提高了氬離子的產(chǎn)生并增加了濺射速度。該等離子體內(nèi)的離子與濺射靶的表面碰撞,使得濺射靶從濺射靶的表面發(fā)射應(yīng)原子。陰極濺射靶和待涂膜的陽極襯底間的電壓差使得發(fā)射原子在襯底表面上形成所需要的膜。
其它常用濺射法包括常規(guī)共濺射,和采用多分區(qū)(triatron)的共濺射。在共濺射法中,有獨立電源的多個獨立濺射靶位于真空箱內(nèi)并被同時濺射,其中通過選擇性地濺射多個濺射靶中的一個或一個以上來控制所淀積表面的均勻性。例如,為使用常規(guī)共濺射來濺射X1-X2薄膜,將含X1的濺射靶與含X2的濺射靶置于真空箱內(nèi),然后濺射同時發(fā)生在兩個濺射靶上。另一方面,多分區(qū)結(jié)構(gòu)共濺射采用有多個獨立組成區(qū)域的單個濺射靶。若使上述例子適于多分區(qū)結(jié)構(gòu),單個多分區(qū)濺射靶將具有僅含X1的區(qū)域和僅含X2的區(qū)域,其中將兩個區(qū)域同時共濺射以淀積X1-X2薄膜。
在常規(guī)磁性記錄介質(zhì)的生產(chǎn)中,通過多個濺射靶將薄膜層依次濺射到襯底上,導(dǎo)致薄膜“疊層(stack)”的淀積,其中每個濺射靶含不同材料。
圖1顯示了用于常規(guī)磁記錄介質(zhì)的典型薄膜疊層100。疊層100的底部是非磁性襯底101,通常是鋁或玻璃。晶種層104淀積于襯底101上,其中晶種層104確定更高層的粒狀結(jié)構(gòu)的形狀和取向,且晶種層104通常含鉭(Ta)??蓪⒋判曰蚍谴判詫?02可選擇地淀積于襯底101和晶種層104之間,其中層102可包括另外的底層、反鐵磁性層(anti-ferromagnetic layer)或其它類型的層。
然后,將底層105,其一般包括一到三個離散層,淀積于晶種層104上,其中底層105通常是極弱磁性的、晶體的和密排(close-packed)六方晶格的(“HCP”)。底層105用于增強垂直于膜平面的、隨后淀積的、基于鈷(Co)的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106的Co(0002)結(jié)構(gòu)(texture),導(dǎo)致增加介質(zhì)的垂直各向異性。將磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106隨后淀積于底層105上,將非必須的其它層107,如潤滑層或碳(C)外敷層,淀積于粒層106上。
底層105增強隨后淀積的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106的晶體結(jié)構(gòu)。此外,如果磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106在晶粒細化的晶體底層上外延生長,磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106的晶粒也得到細化。另外,底層105和磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106的緊密晶格匹配提供了基本無缺陷的界面,從而有可能降低平面內(nèi)磁化。
磁性記錄介質(zhì)上每單位面積存儲的數(shù)據(jù)量與磁性數(shù)據(jù)存儲粒層的冶金特性和組成直接相關(guān),且相應(yīng)地,與濺射靶的材料直接相關(guān),從該濺射靶材料濺射磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。近幾年,磁性數(shù)據(jù)存儲工業(yè)致力于一種稱為‘PMR’(與常規(guī)‘縱向磁記錄法’(“LMR”)相對)的技術(shù),以滿足對數(shù)據(jù)存儲能力持續(xù)增長的需求。將垂直單極記錄頭與軟底層結(jié)合使用,使得PMR的寫效率更高,其中垂直于磁性記錄介質(zhì)的平面來記錄比特,從而允許更小的比特尺寸和更大的矯頑磁力(coerivity)。預(yù)計將來PMR可提高磁盤矯頑磁力和增強磁盤信號振幅,從而轉(zhuǎn)化為出色的檔案數(shù)據(jù)保存。
為在PMR介質(zhì)中得到高的記錄密度,熱穩(wěn)定性要高并且噪聲特性要低。為在PMR介質(zhì)中達到關(guān)鍵的熱穩(wěn)定性和介質(zhì)噪聲指標(biāo),一種方法是提供有高磁晶各向異性(Ku)的磁疇(magnetic domain)的粒狀磁性介質(zhì),并在結(jié)構(gòu)絕緣、磁絕緣和電絕緣(structurally,magneticallyand electrically isulating matrix)的基體中封裝(encapsulate)細晶粒顯微組織(microstrucfure)。盡管常規(guī)LMR已需要大量的各向異性能量,PMR需要更精細的晶粒顯微組織,且有充分的晶粒-晶粒隔離(grain-to-grain segregation)和可忽略的磁疇間干擾,以實現(xiàn)低的介質(zhì)噪聲特性和高的熱穩(wěn)定性。
富氧晶界區(qū)域的包括極大提高了晶粒細化并提供了優(yōu)異的微結(jié)構(gòu)絕緣、磁絕緣和電絕緣。就這一點,因為晶界區(qū)域中的氧(O)形成無定型的、硬的和脆的晶界區(qū)域,該區(qū)域限制晶粒生長并協(xié)助這些含氧化物粒層的晶粒細化,所以含氧(O)磁性數(shù)據(jù)存儲粒層106通常包括至少一個基于CoCrPt的合金層。通常也將其它高力矩或低力矩基于CoPt(Cr)(B)的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層隨后淀積于這個基于CoCrPt的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層上,以調(diào)節(jié)與具體磁頭設(shè)計相應(yīng)的飽和磁化強度。
因此,非常希望在已知的濺射靶合金和組成的基礎(chǔ)上進行改進,以協(xié)助有更高數(shù)據(jù)存儲能力的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層的淀積,尤其對用于PMR的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層而言。具體地,非常理想的是提供一種濺射靶,當(dāng)濺射為晶種層時,其為隨后淀積的底層和/或磁性數(shù)據(jù)存儲粒層提供更高的結(jié)晶度和進一步的晶粒細化。
發(fā)明概述本發(fā)明一般地涉及濺射靶。更具體地,本發(fā)明涉及晶種層的淀積,該晶種層用于PMR所采用的磁記錄介質(zhì),其中晶種層有助于隨后淀積的底層和/或粒狀磁性層的晶粒細化和減少晶格失配,并且其中使用基于鉭(Ta)合金的濺射靶來淀積晶種層。
根據(jù)第一方案,本發(fā)明是涉及磁性記錄介質(zhì),包括襯底和淀積于襯底上的晶種層,該晶種層含鉭(Ta)和成合金元素。該磁記錄介質(zhì)還包括淀積于晶種層上的底層,和淀積于底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。體心立方(boby centered cubic)鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
成合金元素促進晶體晶種層中的晶粒細化。如同晶體底層的細化晶粒有助于隨后淀積的粒狀磁性層的晶粒細化一樣,如果將底層外延淀積在基于晶體鉭(Ta)合金的細化晶粒的晶種層上面,該底層可實現(xiàn)同樣的效果。通過把基本純的鉭(Ta)與元素熔合,該元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中作為晶粒細化元(refiner),本發(fā)明促進晶粒細化。因此,體心立方(“BCC”)鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度很小或沒有,從而成合金元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中形成無定形晶界,并且通過在加工過程中進一步限制晶粒生長而有助于晶粒細化。
所述成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。
根據(jù)第二方案,本發(fā)明涉及磁性記錄介質(zhì),包括襯底和淀積于襯底上的晶種層,該晶種層含鉭(Ta)和成合金元素。該磁性記錄介質(zhì)還包括淀積于晶種層上的底層,和淀積于底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。
由于BCC(110)平面與釕(Ru)的HCP(0002)平面的對稱性,通過把晶體晶種層與鉭(Ta)及室溫或更高溫度下溶于鉭(Ta)的元素熔合,本發(fā)明有助于減少晶體底層和基于鉭(Ta)合金的晶種層的晶格失配,該晶體底層例如釕(Ru)或基于釕(Ru)的底層,或含不同賤金屬的底層。這些成合金元素與鉭(Ta)在室溫或高溫下形成固溶體,因而相應(yīng)地修改了鉭(Ta)的平面內(nèi)(in-plane)晶格參數(shù),從而減少了晶格失配。在室溫或高溫下,基于鉭(Ta)合金的晶種層中的成合金元素在鉭(Ta)中有一定的固溶度,因此成合金元素與鉭(Ta)形成取代型固溶體并影響鉭(Ta)的平面內(nèi)a-晶格參數(shù)。另外,成合金元素是非磁性或弱磁性的,其質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。因為鉭(Ta)的平面內(nèi)晶格參數(shù)高于釕(Ru),所以該成合金元素的原子半徑小于鉭(Ta)的原子半徑1.47。
成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。在一個實施例中,底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金。底層也可含其它賤金屬或元素。
根據(jù)第三方案,本發(fā)明涉及磁性記錄介質(zhì),包括襯底和淀積于襯底上的晶種層,該晶種層含鉭(Ta)和成合金元素。該磁性記錄介質(zhì)還包括淀積于晶種層上的底層,和淀積于底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。
因此,通過使用成合金元素,其在鉭(Ta)合金中形成無定形晶界并提高結(jié)晶度,本發(fā)明提供了鉭(Ta)合金晶種層,其既作為隨后淀積層的晶粒細化元,又作為用于消除殘余界面應(yīng)力的晶格失配減少元(reducer)。
成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉑(Pt)和鉻(Cr)。
根據(jù)第四方案,本發(fā)明涉及制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方的步驟,其中濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。所述方法還包括如下步驟從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上,和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
使用共濺射方法或裝置,或使用多分區(qū)結(jié)構(gòu),來濺射第一晶種層、第一底層和/或第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。
根據(jù)第五方案,本發(fā)明涉及制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方的步驟,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。所述方法還包括如下步驟從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上,和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
根據(jù)第六方案,本發(fā)明是制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方的步驟,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。所述方法還包括如下步驟從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上,和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
根據(jù)第七方案,本發(fā)明涉及濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。
根據(jù)第八方案,本發(fā)明涉及濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。
成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。
根據(jù)第九方案,本發(fā)明涉及濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。
成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鉑(Pt)和鉻(Cr)。
根據(jù)第十方案,本發(fā)明涉及用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域和含成合金元素的第二區(qū)域。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
根據(jù)第十一方案,本發(fā)明涉及用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域和含成合金元素的第二區(qū)域。成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。
根據(jù)第十二方案,本發(fā)明涉及用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域和含成合金元素的第二區(qū)域。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。
在優(yōu)選實施方案的下列描述中,結(jié)合作為實施方案一部分的附圖進行說明,其中以示例的方式顯示了一個可實施本發(fā)明的具體實施方案。應(yīng)當(dāng)理解,在不偏離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)可使用其它實施方案,也可進行改變。
附圖簡要說明關(guān)于附圖,其中相似的參考號在全文中代表相應(yīng)的部分。
圖1描述了用于常規(guī)PMR介質(zhì)的典型薄膜疊層;圖2描述了薄膜疊層,其中根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,通過濺射靶濺射晶種層;圖3是鉭(Ta)膜的X射線衍射光譜,其說明本發(fā)明能夠提高隨后淀積的HCP底層的結(jié)晶度,同時減少晶格失配;圖4描述了基本純的鉭(Ta)膜和釕(Ru)膜的晶格失配;圖5是流程圖,其描述了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案制造磁性記錄介質(zhì)的方法;和圖6A和6B描述了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案,用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)的濺射靶的頂視圖和剖面圖。
發(fā)明詳述通過在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層上淀積底層,本發(fā)明有助于底層和隨后淀積的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層中的進一步晶粒細化?;阢g(Ta)合金的晶種層包括作為晶粒細化元的成分,因為該成分在鉭(Ta)中的室溫(“RT”)(約20-23℃,或68-73)溶解度有限,從而形成無定形晶界,進一步限制粒層中鉭(Ta)的晶粒生長。通過把基于鉭(Ta)合金的晶種層與室溫或高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta)的元素熔合,本發(fā)明有助于減少晶種層和底層的晶格失配,從而使界面的殘余應(yīng)力最小并提高了結(jié)晶度。
如同晶體底層的細化晶粒有助于隨后淀積的粒狀磁性層的晶粒細化一樣,如果將底層外延淀積在基于晶體鉭(Ta)合金的細化晶粒的晶種層上面,該底層可實現(xiàn)同樣的效果。通過把基本純的鉭(Ta)與元素熔合,該元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中作為晶粒細化元。體心立方(“BCC”)鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度很低或不溶,從而該成合金元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中形成無定形晶界,并且通過在加工過程中進一步限制晶粒生長而有助于晶粒細化。
成合金元素是非磁性或弱磁性的,其質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。下面表1提供了一系列成合金元素,其可與鉭(Ta)熔合形成增強合金,該增強合金有助于晶種層膜中的晶粒細化,也可使用滿足這些特征的其它元素。
表1有助于晶種層膜中晶粒細化的成合金元素可采用高的原子百分數(shù),如基于鉭(Ta)的合金中的50%,來加入成合金元素,也可采用更高或更低的原子百分數(shù),如1%、5%、15-25%或40-50%。在室溫或更高溫度下,也可加入成合金元素至超過其最大溶解度?!案哂凇笔覝鼗颉案邷亍笔侵赋^室溫的任何溫度,通常認為室溫為大約20-23℃,或68-73。高于室溫或高溫的示例溫度如25℃、100℃、1000℃、2500℃或5000℃。
通過把基于鉭(Ta)合金的晶種層熔合(alloying),使界面的殘余應(yīng)力最小且提高結(jié)晶度,本發(fā)明有助于減少晶種層和底層的晶格失配。BCC(110)平面是在室溫淀積條件下淀積于無定形襯底上的約30納米鉭(Ta)膜的主要晶體取向。由于BCC(110)平面與釕(Ru)的HCP(0002)平面的對稱性,通過把晶體晶種層與鉭(Ta)及室溫或更高溫度下溶于鉭(Ta)的元素熔合,本發(fā)明有助于減少釕(Ru)或基于釕(Ru)的晶體底層和基于鉭(Ta)合金的晶種層間的晶格失配,這些成合金元素在室溫或高溫下與鉭(Ta)形成固溶體,因而相應(yīng)地改變了鉭(Ta)的平面內(nèi)晶格參數(shù),從而減少了晶格失配。
在室溫或高溫下,基于鉭(Ta)合金的晶種層中的成合金元素在鉭(Ta)中有一定的固溶度,因此成合金元素與鉭(Ta)形成取代型固溶體并影響鉭(Ta)的平面內(nèi)a-晶格參數(shù)。另外,成合金元素是非磁性或弱磁性的,其質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。因為鉭(Ta)的平面內(nèi)晶格參數(shù)高于釕(Ru),所以該成合金元素的原子半徑小于鉭(Ta)的原子半徑1.47。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn),表2(下面)提供了一系列成合金元素,其可與鉭(Ta)熔合形成合金,該合金有助于跟隨后淀積的底層形成可能的晶格匹配,進一步提高結(jié)晶度。
表2提高結(jié)晶度&減少晶格失配的合金元素以室溫或更高溫度下成合金元素在鉭(Ta)中的溶解度為準(zhǔn),基于鉭(Ta)合金的晶種層中成合金元素的加入量在溶解度范圍內(nèi),或超過溶解度的上限。
圖2描述了薄膜疊層,其中根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,通過濺射靶濺射晶種層。簡言之,磁性記錄介質(zhì)包括襯底和淀積于襯底上的晶種層,該晶種層含鉭(Ta)和成合金元素。磁性記錄介質(zhì)還包括淀積于晶種層上的底層,和淀積于底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。
更具體地,磁性記錄介質(zhì)200包括襯底201和淀積于襯底上的晶種層204,晶種層204含鉭(Ta)和成合金元素。層202,其包括一個或多個底層、反鐵磁性層或其它類型的層,淀積于襯底201和晶種層204之間,在本發(fā)明可替換的方案中,層202可被省略。
磁性記錄介質(zhì)200還包括淀積于晶種層204上的底層205,和淀積于底層205上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層206。磁性記錄介質(zhì)200還包括層207,層207包括一個或多個層,例如碳(C)外敷層或潤滑層,在本發(fā)明可替換的方案中,層207可被省略。
底層205含釕(Ru)或釕(Ru)基合金,雖然本領(lǐng)域常用的其它賤金屬也可與釕(Ru)聯(lián)用或者代替釕(Ru)使用。具體地,鎳(Ni)、鋱(Tb)或鈦(Ti)也可用作底層,以及在室溫中有HCP結(jié)構(gòu)的任何材料均可用作底層。
根據(jù)與此方案相關(guān)的一個方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。其它滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的成合金元素也可與所列元素聯(lián)用,或者代替所列元素使用。
同樣地,把基本純的鉭(Ta)與成合金元素熔合,該成合金元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中作為晶粒細化元。BCC鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度很小或沒有,從而該成合金元素在基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層膜中形成無定形晶界,并且通過在加工過程中進一步限制晶粒生長而有助于晶粒細化。
根據(jù)與此方案相關(guān)的第二個可替換的方面,成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。其它滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的成合金元素也可與所列元素聯(lián)用,或者代替所列元素使用。
在此,通過把基于鉭(Ta)的晶種層熔合,減少了晶種層和底層間的晶格失配,從而使界面的殘余應(yīng)力最小且提高了結(jié)晶度。在室溫或高溫下,基于鉭(Ta)合金的晶種層中的成合金元素在鉭(Ta)中有一定的固溶度,因此成合金元素與鉭(Ta)形成取代型固溶體并影響鉭(Ta)的平面內(nèi)a-晶格參數(shù)。
根據(jù)與此方案相關(guān)的第三個可替換的方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉑(Pt)和鉻(Cr)。其它滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的成合金元素也可與所列元素聯(lián)用,或者代替所列元素使用。
如上詳述,這個具體的方面既得益于晶粒的細化又得益于晶格失配的減少。具體地,通過使用成合金元素,其在基于鉭(Ta)合金的晶種層膜中形成無定形晶界并提高結(jié)晶度,本發(fā)明提供了鉭(Ta)合金,其既作為隨后淀積的層的晶粒細化元,又作為用于消除殘余界面應(yīng)力的晶格失配減少元。
使用共濺射方法或裝置,或使用多分區(qū),來濺射第一晶種層、第一底層和/或第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。如上所述,在共濺射方法中,帶獨立電源的多個獨立濺射靶同時位于真空箱內(nèi),其中通過選擇性的濺射多個濺射靶中的一個或一個以上來控制濺射表面的均勻性。
本發(fā)明涉及基于鉭(Ta)合金的晶種層,其與底層和/或磁性數(shù)據(jù)存儲粒狀介質(zhì)層聯(lián)合淀積于用于PMR的介質(zhì)疊層。通過將底層外延淀積在基于鉭(Ta)合金的晶體晶種層上,本發(fā)明有助于底層的晶粒細化。其中,由于室溫中鉭(Ta)的成合金元素在鉭(Ta)中只有有限的溶解度或不溶,因此鉭(Ta)的成合金元素通過形成無定形晶界并進一步限制晶粒生長而作為晶粒細化元。另外,通過使用與鉭(Ta)形成固溶體的成合金元素來擴張和/或收縮晶格,本發(fā)明有助于減少基于HCP的底層和基于BCC鉭(Ta)合金的晶種層之間的晶格失配,并提高底層的結(jié)晶度。
應(yīng)用本發(fā)明,因為在增強的晶體晶種層上形成隨后淀積的層,晶種層晶粒得到了細化,且磁性介質(zhì)疊層中的垂直各向異性相應(yīng)增加,該磁性介質(zhì)疊層包括含CoPt(Cr)(B)氧化物的磁性數(shù)據(jù)存儲粒狀介質(zhì)層和/或基于HCP的底層。通過引入成合金元素,使得晶體晶種層與HCP底層晶格失配的可能性最小。通過形成固溶體,成合金元素傾向于留在晶格中,從而影響鉭(Ta)的平面內(nèi)(a-晶格)參數(shù)。由于這些改進,PMR介質(zhì)疊層的信噪比(“SNR”)和Ku得到了改善。
圖3是30納米鉭(Ta)膜的XRD光譜,其說明成合金元素能夠提高HCP底層的結(jié)晶度。如圖所示,當(dāng)在室溫中在無定形襯底上淀積鉭(Ta)膜時,鉭(Ta)膜是晶體的且BCC鉭(Ta)的(110)平面平行于膜表面。由于BCC鉭(Ta)的(110)平面的對稱性,它是適于HCP(0002)平面平行于膜表面的釕(Ru)膜生長的非常理想的表面。如圖3所示,釕(Ru)底層或基于釕(Ru)合金的底層中的強(0002)取向也促進粒狀磁性記錄層中的強(0002)織構(gòu)生長。在圖4的實施例中,以它們各自的晶體取向,基本純的鉭(Ta)膜和釕(Ru)膜的晶格失配率為約5.6%。把鉭(Ta)與溶于鉭(Ta)的成合金元素熔合基本消除了這個5.6%的失配率。
圖5是流程圖,其描述了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案制造磁性記錄介質(zhì)的方法,簡言之,制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。所述方法還包括,從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上,和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
更具體地,該過程開始(步驟S500),將某些層,如反鐵磁性層或底層,淀積于襯底上(步驟S501)。在本發(fā)明可替換的方案中,步驟S501可被省略。從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素(步驟S502)。通過上面對步驟S501的描述可以容易地理解,通過將第一晶種層濺射到襯底“上方(over)”,第一晶種層并不必須與襯底有直接的物理接觸(盡管當(dāng)然認為有這種可能性),因為可將其它層淀積于襯底和第一晶種層之間。
根據(jù)與此方案相關(guān)的一個方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。
根據(jù)與此方案相關(guān)的第二個可替換的方面,成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。
根據(jù)與此方案相關(guān)的第三個可替換的方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。達到這些參數(shù)并可用作成合金元素的元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉑(Pt)和鉻(Cr)。
從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上(步驟S504)。第一底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金,在可替換的方面,本領(lǐng)域常用的元素也可與釕(Ru)聯(lián)用或者代替釕(Ru)使用,例如鎳(Ni)或鈦(Ti)。將第一底層與晶種層共濺射,也可將晶種層分別濺射。
從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上(步驟S505)。將第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層與晶種層和/或第一底層共濺射,也可從第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層將晶種層和/或第一底層分別濺射。將其它層,如碳(C)外敷層和/或潤滑層,濺射到第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層上(步驟S506),該過程結(jié)束(步驟S507)。在可替換的方案中,步驟S506可被省略。
圖6A和6B分別描述了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案,用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)的濺射靶的頂視圖和剖面圖。簡言之,用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)的濺射靶包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域和含成合金元素的第二區(qū)域。如圖6所示,多分區(qū)結(jié)構(gòu)共濺射采用有多個獨立組成區(qū)域的單個濺射靶。該單個多分區(qū)濺射靶具有僅含鉭(Ta)的區(qū)域和僅含X1的區(qū)域,其中將兩區(qū)域同時共濺射以淀積Ta-X1薄膜。
更具體地,用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)的濺射靶601包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域602和含成合金元素的第二區(qū)域604。雖然第一區(qū)域602圖解說明為外環(huán),第二區(qū)域604圖解說明為內(nèi)環(huán),在可替換的方面,各自的位置可以調(diào)換,或完全可以使用不同的形狀或劃分。
根據(jù)第一方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。其中,可能的成合金元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。
根據(jù)第二方面,成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47。其中,可能的成合金元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、硅(Si)、鋁(Al)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。
根據(jù)第三方面,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47。其中,可能的成合金元素包括,但不限于,硼(B)、碳(C)、硅(Si)、鋁(Al)和鉻(Cr)。
根據(jù)另外一個未描述的方案,本發(fā)明涉及濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,其中,可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)。或者,成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且成合金元素的原子半徑小于1.47,其中,可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)。再或者,體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且成合金元素的原子半徑小于1.47,其中,可能的成合金元素包括(但不限于)硼(B)、碳(C)、鉑(Pt)和鉻(Cr)。
根據(jù)本發(fā)明所公開的概念,基于鉭(Ta)合金的濺射靶可用于制造晶粒細化的基于晶體鉭(Ta)合金的晶種層,從而使晶體底層的晶粒細化并促進隨后外延淀積的粒狀磁性層。作為優(yōu)點,本發(fā)明為使基于鉭(Ta)合金的晶種層成合金提供了另一方法,減少了基于鉭(Ta)合金的晶種層和底層之間的晶格失配,對底層的結(jié)晶度施加了有益的影響。在用于PMR的介質(zhì)疊層中,所有這些優(yōu)點增強了SNR并增加了垂直各向異性。
以上用具體的說明性實施例描述了本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不局限于上述實施例,本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可做各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種磁性記錄介質(zhì),包括襯底;淀積于所述襯底上的晶種層,所述晶種層含鉭(Ta)和成合金元素;淀積于所述晶種層上的底層;和淀積于所述底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),和其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
2.如權(quán)利要求2所述的磁性記錄介質(zhì),其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)組成的組。
3.一種磁性記錄介質(zhì),包括襯底;淀積于所述襯底上的晶種層,所述晶種層含鉭(Ta)和成合金元素;淀積于所述晶種層上的底層;和淀積于所述底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層,其中成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,和其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
4.如權(quán)利要求3所述的磁性記錄介質(zhì),其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)組成的組。
5.如權(quán)利要求3所述的磁性記錄介質(zhì),其中所述的底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金。
6.一種磁性記錄介質(zhì),包括襯底;淀積于所述襯底上的晶種層,所述晶種層含鉭(Ta)和成合金元素;淀積于所述晶種層上的底層;和淀積于所述底層上的磁性數(shù)據(jù)存儲粒層,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),和其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,和其中成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
7.如權(quán)利要求6所述的磁性記錄介質(zhì),其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉑(Pt)和鉻(Cr)組成的組。
8.如權(quán)利要求6所述的磁性記錄介質(zhì),其中所述的底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金。
9.制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括如下步驟從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg;從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上;和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)組成的組。
11.如權(quán)利要求9所述的方法,其中用共濺射裝置濺射第一晶種層、第一底層和/或第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。
12.制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括如下步驟從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,且其中成合金元素的原子半徑小于1.47;從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上;和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)組成的組。
14.如權(quán)利要求12所述的方法,其中用共濺射裝置濺射第一晶種層、第一底層和/或第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層。
15.如權(quán)利要求12所述的方法,其中所述的第一底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金。
16.制造磁性記錄介質(zhì)的方法,包括如下步驟從第一濺射靶將至少第一晶種層濺射到襯底上方,其中第一濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,其中成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),且其中成合金元素的原子半徑小于1.47;從第二濺射靶將至少第一底層濺射到第一晶種層上;和從第三濺射靶將至少第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層濺射到第一底層上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鋁(Al)、硅(Si)、鉑(Pt)和鉻(Cr)組成的組。
18.如權(quán)利要求16所述的方法,其中用共濺射裝置濺射第一底層、第一晶種層和/或第一磁性數(shù)據(jù)存儲粒層用共濺射裝置濺射。
19.如權(quán)利要求16所述的方法,其中所述的第一底層含釕(Ru)或釕(Ru)基合金。
20.一種濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),和其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
21.如權(quán)利要求20所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)組成的組。
22.一種濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,和其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
23.如權(quán)利要求21所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)組成的組。
24.一種濺射靶,其中該濺射靶含鉭(Ta)和成合金元素,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,其中成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),和其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
25.如權(quán)利要求24所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)和鉻(Cr)組成的組。
26.一種用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,所述的濺射靶包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域;和含成合金元素的第二區(qū)域,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),和其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg。
27.如權(quán)利要求26所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鈦(Ti)、釩(V)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鉿(Hf)、鉍(Bi)和鎢(W)組成的組。
28.一種用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,所述的濺射靶包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域;和含成合金元素的第二區(qū)域,其中成合金元素在室溫或高溫下溶于鉭(Ta),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,和其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
29.如權(quán)利要求28所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)、鉻(Cr)、釕(Ru)、銠(Rh)、錸(Re)、銥(Ir)和鉑(Pt)組成的組。
30.一種用于多分區(qū)結(jié)構(gòu)濺射的濺射靶,所述的濺射靶包括含鉭(Ta)的第一區(qū)域;和含成合金元素的第二區(qū)域,其中體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),其中成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10-7m3/kg,其中成合金元素在高于室溫的溫度下溶于鉭(Ta),和其中成合金元素的原子半徑小于1.47。
31.如權(quán)利要求30所述的濺射靶,其中成合金元素選自硼(B)、碳(C)和鉻(Cr)組成的組。
全文摘要
用于磁性記錄介質(zhì)的晶種層,通過含鉭(Ta)和成合金元素的濺射靶在襯底上形成該晶種層。體心立方鉭(Ta)相中成合金元素的室溫溶解度不超過10原子百分數(shù),且成合金元素的質(zhì)磁率小于或等于1.5×10
文檔編號C23C14/34GK1959813SQ20061007171
公開日2007年5月9日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者阿納爾班·達斯, 邁克爾·吉恩·拉辛 申請人:黑羅伊斯公司