具有控制晶粒生長(zhǎng)和結(jié)晶取向的種子層的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及一種具有用于控制覆蓋層的晶粒生長(zhǎng)和結(jié)晶取向的種子層的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)對(duì)磁記錄介質(zhì)尤其有用。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜的外延生長(zhǎng)對(duì)許多現(xiàn)代技術(shù)而言非常重要。通過(guò)外延生長(zhǎng)形成并具有擇優(yōu)結(jié)晶取向的薄膜對(duì)微電子器件、半導(dǎo)體電子、光電子、太陽(yáng)能電池、傳感器、存儲(chǔ)器、電容器、探測(cè)器、記錄介質(zhì)等特別有用。因此，存在對(duì)于具有擇優(yōu)結(jié)晶取向的改善的外延膜以及制備其的方法的持續(xù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種結(jié)構(gòu)包括:襯底；位于襯底上方的外延種子層，外延種子層包括多個(gè)成核區(qū)(nucleat1n reg1n)和多個(gè)非成核區(qū)；以及位于外延種子層上方的晶體層，其中外延種子層具有基本上沿著垂直于襯底上表面的軸線的結(jié)晶取向。
[0004]根據(jù)另一實(shí)施例，一種方法包括:提供襯底；在襯底上方形成外延種子層；在外延種子層中限定多個(gè)成核區(qū)和多個(gè)非成核區(qū)；以及在外延種子層上方形成晶體層，其中外延種子層具有基本上沿著垂直于襯底上表面的軸線的結(jié)晶取向。
[0005]這些實(shí)施例中的任一個(gè)都可以在磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)諸如磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)施，其可包括磁頭、用于使磁介質(zhì)(例如，硬盤)通過(guò)磁頭的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及電耦合至磁頭的控制器。
[0006]本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述變得明顯，當(dāng)其與附圖結(jié)合時(shí)，以下的詳細(xì)描述通過(guò)示例的方式示出了本發(fā)明的原理。
【附圖說(shuō)明】
[0007]為了全面理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)以及使用的優(yōu)選模式，應(yīng)結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)描述。
[0008]圖1A-1C是根據(jù)各種實(shí)施例的用于形成具有結(jié)構(gòu)化外延種子層的結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0009]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于形成結(jié)構(gòu)化外延種子層的方法的流程圖。
[0010]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有用于控制覆蓋層的晶粒生長(zhǎng)和結(jié)晶取向的種子層的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁記錄盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖。
[0012]圖5是沉積在Pt (111)種子柱(seed pillar)的六方陣列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性層)膜疊層上的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0013]圖6是顯示Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性層)膜疊層的柱狀生長(zhǎng)與Pt (111)種子柱之間的配準(zhǔn)(registry)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0014]圖7是沉積在Pt(Ill)種子柱的六方陣列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性層)膜疊層的X射線衍射圖案。
[0015]圖8是在Pt(Ill)種子柱上生長(zhǎng)的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性層)膜疊層的TEM圖像，示出了從Pt到CoCrPt磁性層的晶面的連續(xù)性。
[0016]圖9是在Pt(Ill)種子柱上生長(zhǎng)的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性層)膜疊層的高分辨TEM圖像，示出了從Pt到NiW到Ru層的晶面的外延對(duì)準(zhǔn)(epitaxial alignment)。
[0017]圖10A-10B分別是在愈合層(healing layer)沉積之前和之后布置在六方結(jié)構(gòu)中的成核區(qū)的SEM圖像。
[0018]圖1IA-1IB分別是在愈合層沉積之前和之后布置在矩形結(jié)構(gòu)中的成核區(qū)的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面的描述被進(jìn)行以示出本發(fā)明的一般原理，并不意味著限制此處所要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思。此外，在每個(gè)不同的可能組合和排列中，此處描述的具體特征可以與另外描述的特征組合使用。
[0020]除非此處另有特別定義，所有術(shù)語(yǔ)都被賦予最寬的可能解釋，包括從說(shuō)明書暗示的涵義、以及由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的涵義和/或在字典、論文等中定義的涵義。
[0021]還必須注意，如在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的，單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非另有明確說(shuō)明。
[0022]同樣如此處所用的，術(shù)語(yǔ)“約”表示確保所討論特征的技術(shù)效果的準(zhǔn)確區(qū)間。在各種方法中，當(dāng)術(shù)語(yǔ)“約”與一個(gè)值組合時(shí)，指的是參考值的正負(fù)10%。例如，約1nm的厚度指的是10nm±lnm的厚度。
[0023]下面的描述中公開(kāi)了基于磁盤的存儲(chǔ)系統(tǒng)和/或相關(guān)的系統(tǒng)和方法以及其操作和/或部件的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明尤其涉及一種具有用于控制覆蓋層的晶粒生長(zhǎng)和結(jié)晶取向的種子層的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)可以對(duì)磁記錄介質(zhì)和其它設(shè)備(例如，微電子、半導(dǎo)體電子、光電子、存儲(chǔ)器、太陽(yáng)能電池、電容器、探測(cè)器、傳感器等)是有益的。
[0024]在一個(gè)一般性的實(shí)施例中，一種結(jié)構(gòu)包括:襯底；位于襯底上方的外延種子層，夕卜延種子層包括多個(gè)成核區(qū)和多個(gè)非成核區(qū)；以及位于外延種子層上方的晶體層，其中外延種子層具有基本上沿著垂直于襯底上表面的軸線的結(jié)晶取向。
[0025]在另一個(gè)一般性的實(shí)施例中，一種方法包括:提供襯底；在襯底上方形成外延種子層；在外延種子層中限定多個(gè)成核區(qū)和多個(gè)非成核區(qū)；以及在外延種子層上方形成晶體層，其中外延種子層具有基本上沿著垂直于襯底上表面的軸線的結(jié)晶取向。
[0026]為了控制薄膜的生長(zhǎng)，常常使用種子層，其包括成核點(diǎn)(nucleat1n site)以引導(dǎo)薄膜的生長(zhǎng)。在種子層中成核點(diǎn)的位置通常由襯底上種子層生長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)決定。因此，膜在這些成核點(diǎn)的生長(zhǎng)可能導(dǎo)致不期望的特性，這是成核點(diǎn)的隨機(jī)或接近隨機(jī)定位的結(jié)果。例如，晶粒在這樣的成核點(diǎn)的生長(zhǎng)可能會(huì)導(dǎo)致:(I)晶粒的中心至中心的間隔(即間距)的寬分布；⑵晶粒尺寸的寬分布；及(3)晶界的增加的粗糙度。
[0027]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或減輕這些不期望的結(jié)果的一種方法可包括在種子層中故意/目的性地定位成核點(diǎn)。特別是，這可導(dǎo)致柱狀結(jié)構(gòu)的有意定位。這種方法，也被稱為模板生長(zhǎng)，可允許晶粒間距和/或晶粒尺寸的更好的均勻性、對(duì)晶粒至晶粒交換耦合的更好控制等等。
[0028]然而，僅僅將成核點(diǎn)放置在種子層的特定位置可能不會(huì)導(dǎo)致在其上形成的晶體層的精確結(jié)晶取向。樣品(例如，磁記錄層)中結(jié)晶取向的程度可以通過(guò)X射線衍射搖擺曲線測(cè)定，其提供結(jié)晶膜將反射給定波長(zhǎng)的角度范圍。X射線衍射(XRD)通常包括利用單色X射線輻射照射結(jié)晶樣品，并檢測(cè)衍射的X射線。為了產(chǎn)生XRD搖擺曲線，X射線源和探測(cè)器通常以特定的布拉格角度(即，結(jié)構(gòu)干涉發(fā)生的角度)設(shè)置，并且樣品相對(duì)于其傾斜。從而搖擺曲線用來(lái)測(cè)定衍射的X射線強(qiáng)度與入射角(該X射線源和樣品之間的角度)的關(guān)系曲線。搖擺曲線寬度對(duì)應(yīng)于所述曲線的半峰寬(FWHM)，其中所述峰值表示在所選擇的布拉格角的最大X射線強(qiáng)度。窄搖擺曲線寬度對(duì)應(yīng)于具有平行或基本平行的晶面(例如，具有窄分布的結(jié)晶取向的膜)的結(jié)晶樣品。然而，缺陷如位錯(cuò)、彎曲(curvature)、堆垛層錯(cuò)或其它類似的晶面平行的中斷，將導(dǎo)致?lián)u擺曲線寬度變寬。
[0029]窄搖擺曲線寬度可以是被期望的，并有利于各種應(yīng)用。例如，需要磁記錄層的精確結(jié)晶取向以獲得窄的開(kāi)關(guān)場(chǎng)分布、較高的矯頑力、介質(zhì)噪聲降低以及高密度記錄所需的其它磁特性。實(shí)現(xiàn)窄擺動(dòng)角的一種方式是通過(guò)外延生長(zhǎng)。外延生長(zhǎng)指的是膜在晶體層(也被稱為種子層，或外延種子層)上的生長(zhǎng)，其中原子的原子排列連續(xù)使得結(jié)晶度和晶向得以保持。
[0030]因此，這里所公開(kāi)的實(shí)施例描述了具有用于控制沉積于其上的材料的晶粒生長(zhǎng)/位置和結(jié)晶取向的外延種子層的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的方法中，所沉積的材料的生長(zhǎng)可以經(jīng)由陰影增長(zhǎng)(shadow growth)、在外延種子層中的成核區(qū)和非成核區(qū)之間的局部自由能的差別(化學(xué)對(duì)比)、或其它這樣的手段而通過(guò)外延種子層中的成核區(qū)成核，使得沉積材料的單個(gè)晶?；蚱鋶u與成核區(qū)的位置配準(zhǔn)。成核區(qū)本身可以由尚晶序的材料制成(該尚晶序的材料具有沿著垂直于外延種子層的上/頂面的軸線取向的特定軸)，形成與沉積在其上的材料具有大致外延關(guān)系的局部表面。因此，所沉積的材料可具有與外延種子層的成核區(qū)配準(zhǔn)的晶?；驆u，以及具有高度的結(jié)晶取向(例如，通過(guò)小于6度的擺動(dòng)角度測(cè)量的)。
[0031]現(xiàn)在參考圖1A-1C，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于形成具有外延種子層的結(jié)構(gòu)的方法100。作為一選項(xiàng)，本發(fā)明的方法100可結(jié)合來(lái)自此處列出的任何其它實(shí)施例(諸如那些參照其它附圖描述的)的特征被實(shí)施。當(dāng)然，可以使用該方法100以及此處給出的其它方法來(lái)形成用于與磁記錄相關(guān)或不相關(guān)的多種多樣的設(shè)備和/或目的的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)各種實(shí)施例，方法100可以包括比圖1A-1C中描述和/或示出的那些多或少的步驟。還應(yīng)當(dāng)注意，該方法100可以在任何期望的環(huán)境下進(jìn)行。例如，與方法100相關(guān)聯(lián)的一些或全部步驟可以在真空下(例如，在真空反應(yīng)室)中進(jìn)行。此外，雖然給出了示例性的加工技術(shù)(例如，沉積技術(shù)、蝕刻技術(shù)、拋光技術(shù)，等等)，但其它已知的處理技術(shù)也可以被用于各種步驟。
[0032]如圖1A所示，方法100包括提供襯底102，在襯底102上方形成第一和第二底層(分別為104和106)，并在第一和第二底層(104，106)上方形成外延種子層108。見(jiàn)結(jié)構(gòu)101。
[0033]襯底
[0034]在各種方法中，襯底102可以包括玻璃、陶瓷材料、玻璃/陶瓷混合物、AlMg、硅、碳化硅等。在具體的方法中，襯底102可以是適合于在磁記錄介質(zhì)中使用的任何襯底。
[0035]底層
[0036]在一些方法中，第一底層104和第二底層106可以每個(gè)包括一種或多種材料。在其它的方法，在第一底層104中存在的材料的至少一種、一些、或全部可以與在第二底層106中存在的材料相同或不同。在優(yōu)選的方法中，第一和第二底層104、106中的至少一個(gè)可包括易氧化材料(例如，在含氧氣氛中容易氧化的材料)。在另一些方法中，第一底層104和/或第二底層106可包括非晶材料。在另一些方法中，第一底層104和/或第二底層106的上表面可以是平滑的和/或平坦的，使得其上表面實(shí)質(zhì)上沿著垂直于所述表面的面(法線)延伸。在另一些方法中，第一底層104和/或第二底層106可包括NiTa和NiW中的至少之
O
[0037]第一底層104和/或第二底層106可通過(guò)濺射沉積、離子束沉積、化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)工藝、或本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)閱讀本公開(kāi)可以理解的其它技術(shù)沉積在襯底上方。
[0038]外延種子層
[0039]在各種方法中，外延種子層108可以包括選自由以下材料組成的組的材料:Pt、Pd、Au、Ru、Ir、Rh、RuAl、RuRh, Niff, MgO, Cr、TiN及其組合。在具體的方法中，外延種子層108可包括防腐材料，例如不氧化的材料，和/或在化學(xué)上是惰性的(例如不具有化學(xué)活性)的材料。
[0040]在另外的方法中，外延種子層108可以具有包含期望的和特定的結(jié)晶取向的物理特征。在許多方法中，適當(dāng)?shù)牡讓?、沉積參數(shù)(例如沉積技術(shù)、溫度、沉積能量等)的存在可便于/促進(jìn)外延種子層108的期望結(jié)晶取向。在優(yōu)選的方法中，在外延種子層108中的晶體(或晶粒)可以具有基本上沿著垂直于襯底的上表面的軸線的結(jié)晶取向。垂直于襯底102的上表面的軸線在圖1A的結(jié)構(gòu)101中由虛線箭頭表示，也可以被稱為襯底法線。
[0041]在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，外延種子層108可以包括以面心立方(111)為主的晶體織構(gòu)。在另一實(shí)施方式中，外延種子層108可包括以(002)為主的晶體織構(gòu)。在各種方法中，外延種子層108的晶體織構(gòu)可以促進(jìn)沉積在其上的任何附加層的外延生長(zhǎng)和晶體織構(gòu)。例如，外延種子層108的(111)晶體織構(gòu)可以促進(jìn)NiAl (110)、Ru(002)和/或CoCrPt (002)附加層的生長(zhǎng)。此外