DE69729705T2

DE69729705T2 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium, Herstellungsverfahren für dasselbe und magnetischer Speicher

Info

Publication number: DE69729705T2
Application number: DE69729705T
Authority: DE
Inventors: Yoshibumi Matsuda; Akira Kodaira-shi Ishikawa; Yotsuo Odawara-shi Yahisa; Yuzuru Hino-shi Hosoe; Tetsuya Yokohama-shi Kanbe; Koji Odawara-shi Sakamoto
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Japan Ltd; Hitachi Global Storage Technologies Inc
Current assignee: HGST Japan Ltd; HGST Inc
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: US6197367B1; KR100325659B1; CN1106005C; EP0840293A1; US20010008716A1; EP0840293B1; JPH10143865A; KR100287262B1; CN1181575A; SG55404A1; DE69729705D1; US6692843B2; KR19980042045A; JP3371062B2; TW424234B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Speicher, der für einen Hilfsspeicher eines Rechners oder dergl. verwendet wird, ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das für den magnetischen Speicher verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Aufzeichnungsmediums.
Mit der zunehmenden Bedeutung von Informationen für die Gesellschaft nimmt die Menge der täglich benützten Informationen ständig zu. Demzufolge besteht auch eine stärkere Nachfrage nach Aufzeichnungen in hoher Dichte und nach einem hohen Speichervermögen magnetischer Speichermedien. Als ein herkömmlicher Magnetkopf wird ein induktiver Kopf verwendet, wobei man sich einer Spannungsänderung im Zusammenhang mit einer Veränderung des Magnetflusses im Laufe der Zeit bedient. Sowohl die Aufzeichnung als auch die Wiedergabe werden mit einem einzigen Kopf vorgenommen. In den letzten Jahren wird in zunehmendem Maße ein Verbundkopf verwendet, der einen Kopf für die Aufzeichnung und einen Kopf für die Wiedergabe umfasst, wobei ein MR-Kopf (magnetischer Widerstandskopf) mit höherer Empfindlichkeit als Wiedergabekopf verwendet wird. Im MR-Kopf bedient man sich der Veränderung des elektrischen Widerstands einer Kopfvorrichtung in Verbindung mit der Veränderung des Magnetflusses, der aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium austritt. Ein Kopf mit höherer Empfindlichkeit, bei dem eine sehr große magnetische Widerstandsänderung (magnetischer Riesenwiderstandseffekt oder Spin-Ventil-Effekt) ausgenützt wird, die sich in einer Mehrzahl von magnetischen Schichten, die über nicht-magnetische Schichten laminiert sind, ergibt, befindet sich in der Entwicklung. Bei diesem Kopf wird eine Veränderung des elektrischen Widerstands, die durch eine Veränderung der relativen Richtungen der Magnetisierung der Mehrzahl von magnetischen Schichten über die nicht-magnetischen Schichten durch das aus einem Medium austretende magnetische Feld verursacht wird, ausgenützt.
In magnetischen Aufzeichnungsmedien, die in der Praxis derzeit verwendet werden, werden Legierungen mit einem Gehalt an Co als Hauptkomponente, wie Co-Cr-Pt, Co-Cr-Ta, Co-Ni-Cr und dergl., für eine Magnetschicht verwendet. Jede der Co-Legierungen weist eine hexagonale, dicht gepackte (hcp) Struktur auf, bei der eine c-Achsenrichtung eine leicht magnetisierbare Achse darstellt, so dass eine Kristallorientierung, z. B. die der c-Achse der Co-Legierung, die Längsrichtung darstellt, d. h. dass die (11.0)-Orientierung als Längsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums für die Umkehrung der Magnetisierung in der Magnetschicht und für die Aufzeichnung erstrebenswert ist. Die (11.0.)-Orientierung ist jedoch instabil, so dass dann, wenn die Co-Legierung direkt auf einem Substrat ausgebildet wird, eine derartige Orientierung im allgemeinen nicht erzielt wird.
Bei einem Verfahren wird die Tatsache ausgenützt, dass eine Cr (100)-Ebene mit einer körperzentrierten, kubischen (bcc) Struktur eine gute Gitterübereinstimmung mit einer Co (11.0)-Ebene aufweist. Dabei wird eine (100)-orientierte Cr-Unterschicht zunächst auf einem Substrat gebildet und ein magnetischer Film aus einer Co-Legierung wird epitaxial gezüchtet, wodurch man die (11.0)-Orientierung erhält, so dass die c-Achse des magnetischen Films aus der Co-Legierung auf die Richtung in der Ebene orientiert ist. Ferner wird ein Verfahren herangezogen, bei dem ein zweites Element zu Cr zugesetzt wird, um das Kristallgitter-Anpassungsverhalten in der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Film aus der Co-Legierung und der Cr-Unterschicht zu verbessern, wobei die Gitterabstände in der Cr-Unterschicht vergrößert werden. Die Co (11.0)-Orientierung wird weiter verbessert und die Koerzitivkraft lässt sich erhöhen. Es liegen Beispiele für die Zugabe von V, Ti und dergl. vor.
Ein weiterer Faktor, der zur Erzielung einer hohen Aufzeichnungsdichte erforderlich ist, besteht in der Verringerung des Rauschens sowie in einer Erhöhung der Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums. Da der MR-Kopf eine äußerst hohe Wiedergabeempfindlichkeit aufweist, eignet er sich für eine Aufzeichnung mit hoher Dichte. Jedoch ist der MR-Kopf nicht nur gegenüber Wiedergabesignalen aus dem magnetischen Aufzeichnungsmedium, sondern auch gegenüber Rauschen empfindlich. Infolgedessen ist es erforderlich, im magnetischen Aufzeichnungsmedium das Rauschen stärker als bei einer herkömmlichen Technik zu vermindern. Es ist bekannt, dass es sich zur Verringerung des mittleren Rauschens (medium noise) als wirksam erweist, die Korngröße des magnetischen Films oder dergl. zu verfeinern und gleichmäßig auszugestalten.
Als ein wichtiges Erfordernis für das Magnetplattenmedium lässt sich eine Verbesserung der Stoßfestigkeit erwähnen. Da Magnetplattenvorrichtungen in den letzten Jahren in tragbaren Informationsvorrichtungen, z. B. in PCs vom Notebook-Format oder dergl., angebracht werden, ist eine Verbesserung der Stoßfestigkeit im Hinblick auf eine Erhöhung der Zuverlässigkeit von großer Bedeutung. Ein Glassubstrat, dessen Oberfläche verstärkt ist, oder ein kristallisiertes Glassubstrat wird anstelle eines herkömmlichen Al-Legierungssubstrats, das auf der Oberfläche mit Ni-P plattiert ist, verwendet, wodurch sich die Stoßfestigkeit des Magnetplattenmediums verbessern lässt. Da die Oberfläche des Glassubstrats glatter als die des herkömmlichen, mit Ni-P plattierten Al-Legierungssubstrats ist, ist es von Vorteil, den Schwebeabstand zwischen einem Magnetkopf und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zu verringern, wobei sich eine hohe Aufzeichnungsdichte erreichen lässt. Bei der Verwendung eines Glassubstrats treten jedoch Schwierigkeiten in Bezug auf eine geringe Haftung am Substrat, ein Eindringen von verunreinigenden Ionen aus dem Substrat oder dem Absorptionsgas auf der Substratoberfläche in die Unterschicht aus der Cr-Legierung und dergl. auf. Als Gegenmaßnahme werden verschiedene Metallfilme, Legierungsfilme und Oxidfilme zwischen dem Glassubstrat und der Unterschicht aus der Cr-Legierung gebildet.
Die japanischen Offenlegungsschriften 62-293511, 2-29923, 5-135343 und dergl. beschreiben entsprechende Techniken.
Wie vorstehend erwähnt, bewirkt eine Verringerung und Vereinheitlichung der Korngröße des magnetischen Films bekanntlich eine Verringerung des mittleren Rauschens. Wurde jedoch eine Magnetplattenvorrichtung experimentell durch Kombination eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einer Aufzeichnungsdichte von etwa 140 Megabit pro cm² (900 Megabit pro in²) und einem hochgradig empfindlichen MR-Kopf gemäß der herkömmlichen Technik hergestellt, so ließ sich eine ausreichende elektromagnetische Umwandlungscharakteristik, mit der eine Aufzeichnungsdichte von 1 Gigabit oder mehr pro in² (155 Megabit pro cm²) erzielt werden kann, nicht erreichen. Insbesondere bei Verwendung eines Glassubstrats als Substrat für das magnetische Aufzeichnungsmedium ergab sich eine mangelhafte elektromagnetische Umwandlungscharakteristik in einem Bereich von hoher Aufzeichnungsdichte. Bei Prüfung der Ursache wurde festgestellt, dass die Unterschicht aus der Cr-Legierung, die direkt oder über verschiedene Metalle oder Legierungen gemäß den herkömmlichen Techniken auf dem Glassubstrat gebildet wurden, nicht ebenso stark orientiert war (100), wie im Fall der Bildung auf dem Ni-P-plattierten Al-Legierungssubstrat. Eine Kristallebene mit Ausnahme von (11.0) des magnetischen Films aus der Co-Legierung wird parallel zum Substrat gezüchtet und die in der Ebene verlaufende Orientierung der c- Achse als einfacher Magnetisierungsachse war gering. Somit verringerte sich die Koerzitivkraft und der Wiedergabeausgang verschlechterte sich bei Aufzeichnung mit hoher Dichte. Im Fall der Verwendung des Glassubstrats war die Korngröße im Magnetfilm größer als beim Al-Legierungssubstrat und die Verteilung der Körner war um 20 bis 30% größer. Das mittlere Rauschen nahm daher zu und die elektromagnetische Umwandlungscharakteristik verschlechterte sich. Auch wenn ein amorpher Film oder ein feiner Kristallfilm gemäß JP-A-4-153910 zwischen dem Glassubstrat und der Unterschicht gebildet wurde, verringerte sich gelegentlich die Korngröße des Magnetfilms in bestimmtem Umfang, wobei die Verringerung jedoch nicht ausreichend war. Das Verfahren erwies sich in Bezug auf die Verringerung der Kornverteilung als unwirksam und die bevorzugte elektromagnetische Umwandlungscharakteristik ließ sich nicht erzielen.
US-A-5456978, die den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche wiedergibt, beschreibt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, bei dem auf einem nicht-metallischen Substrat eine Cr-Unterschicht durch Sputtering gebildet wird, anschließend eine Cr-Unterschicht direkt auf dem Substrat gebildet wird und eine gesputterte magnetische Dünnschicht auf die Unterschicht gesprüht wird. Die magnetische Schicht wird mit einem Kohlenstoff-Decküberzug bedeckt. Vor dem Aufsprühen der Cr-Unterschicht kann man eine partielle Oxidation der darunter liegenden Schicht zulassen.
EP-A-0725391 beschreibt ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, bei dem Zwischenschichten zwischen benachbarten magnetischen Schichten gebildet sind. Ein derartiges magnetisches Aufzeichnungsmedium kann in einem Aufzeichnungs/Wiedergabe-System eingesetzt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums bereitgestellt, wobei
auf Oberflächen eines Substrats erste Unterschichten aus einer zwei oder mehrere Metallelemente enthaltenden Legierung ausgebildet werden;
auf den ersten Unterschichten zweite Unterschichten ausgebildet werden; und
auf den zweiten Unterschichten jeweils Magnetfilme ausgebildet werden;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass
die ersten Unterschichten aus einer Legierung gebildet werden, die zwei oder mehrere im Maß ihrer Oxidierbarkeit verschiedene Elementarten enthält, und dass nach der Ausbildung der ersten Unterschichten auf Oberflächen der ersten Unterschichten mehrere Anhäufungen, die jeweils diskontinuierlich und verstreut sind und einen hohen Sauerstoffgehalt aufweisen, dadurch ausgebildet werden, dass die ersten Unterschichten einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre über eine Zeitspanne ausgesetzt werden, während der PO₂·t (wobei PO₂ den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre und t die Zeit angibt, in der die Aussetzung gegenüber der Atmosphäre stattfindet) im Bereich von 1 × 10^–6 Torr·sec bis 1 × 10^–2 Torr·sec liegt, so dass die zweiten Unterschichten auf den der Atmosphäre ausgesetzten ersten Unterschichten ausgebildet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein magnetisches Aufzeichnungsmedium bereitgestellt, das folgendes umfasst:
ein Substrat;
eine auf dem Substrat angeordnete erste Unterschicht aus einer zwei oder mehrere Metallelemente enthaltenden Legierung;
eine auf der ersten Unterschicht angeordnete zweite Unterschicht; und
einen auf der zweiten Unterschicht angeordneten Magnetfilm;
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass
die erste Unterschicht aus einer Legierung hergestellt ist, die zwei oder mehrere Elementarten enthält, die sich im Maß ihrer Oxidierbarkeit unterscheiden,
auf einer Oberfläche der ersten Unterschicht mehrere Anhäufungen mit hohem Sauerstoffgehalt diskontinuierlich und verstreut ausgebildet sind, wobei jede dieser Anhäufungen durch örtliche Oxidation eines Oberflächenbereiches gebildet ist, der einen hohen Gehalt eines Metallelements aufweist, das unter den Metallelementen der Legierung eine geringere freie Standard-Oxidbildungsenergie aufweist, und
dass die zweite Unterschicht direkt auf der Oberfläche der ersten Unterschicht ausgebildet ist, auf der die Anhäufungen verstreut ausgebildet sind.
Sofern Elemente mit unterschiedlicher Oxidierbarkeit in der Legierung enthalten sind und die erste Unterschicht einer Atmosphäre mit einem bestimmten Sauerstoffpartialdruck für eine bestimmte Zeit ausgesetzt wird, ergeben sich vermutlich folgende Auswirkungen. Ein gleichmäßig oxidierter Film, dessen Oberfläche in der Ebene kontinuierlich verläuft, wird nicht gebildet, vielmehr entstehen örtlich Anhäufungen mit einem hohen Sauerstoffgehalt in einem Bereich, der einen hohen Gehalt an dem leicht oxidierbaren Element aufweist und zur Keimzelle der zweiten Unterschicht wird. Die Körner der zweiten Unterschicht, die an den Anhäufungen gewachsen sind, sind fein und gleichmäßig und ferner ist die durchschnittliche Korngröße des Magnetfilms vermindert und der Korndurchmesser gleichmäßig.
Das erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsmedium zeigt eine Verringerung des mittleren Rauschens, eine Erhöhung der Koerzitivkraft und dergl. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich das vorstehende magnetische Aufzeichnungsmedium leicht herstellen. Der erfindungsgemäße Magnetspeicher unter Verwendung des magnetischen Aufzeichnungsmediums weist eine hohe Aufzeichnungsdichte auf.
Die Bereitstellung einer Oxidationsstufe in einer Verfahrensabfolge zur Herstellung einer Magnetplatte ist aus US-4 552 820 bekannt.
Der Zweck der erfindungsgemäßen Oxidation besteht in einer Verminderung der Modulation einer Wiedergabe-Ausgabe. Bei der Modulation handelt es sich um eine Art von Fluktuation der Wiedergabe-Ausgabe aufgrund einer Anisotropie der Kristallstruktur, die sich in einer Sputtering-Vorrichtung vom In-line-Typ ergibt (Verfahren zur Abscheidung von Filmen, die einem Vorschub unterliegen, d. h. sich auf einem Substrat in einer Richtung bewegen). Da zur Zeit vorwiegend eine Sputtering-Vorrichtung vom stationären Typ verwendet wird (Verfahren zum Abscheiden von Filmen, während ein Substrat und ein Target stationär einander zugewandt sind), wird dieses Problem nicht beachtet. Auch bei einer Sputtering-Vorrichtung vom In-line-Typ bereitet die Modulation nur geringe Probleme, da sich die Filmdicke einer Unterschicht und die Dicke einer Magnetschicht mit zunehmender Aufzeichnungsdichte verringern. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, das Rauschen zu verringern, indem die Kristallorientierung vereinheitlicht wird. Diesbezüglich besteht ein Unterschied zum vorgenannten US-Patent. Gemäß dem vorgenannten US-Patent wird durch Oxidation einer Ni-V-Schicht vor der Abscheidung einer Cr-Schicht als Unterschicht die Korngröße des Cr-Films erhöht, wodurch die Modulation verringert wird. Demgegenüber werden erfindungsgemäß Anhäufungen durch Oxidation in einer Stufe vor der Bildung der Unterschicht aus der Cr-Legierung erzeugt und die Korngröße der Unterschicht aus der Cr-Legierung wird verringert, wodurch eine Verminderung des Rauschens erreicht wird.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Schichtbildungsvorrichtung für ein erfindungsgemäßes magnetisches Aufzeichnungsmedium.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Produkt aus dem Aktivierungsvolumen und dem magnetischen Moment und den zeitlichen Bedingungen der Bildung einer mehrfachen Unterschicht des erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmediums.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine TEM-Aufnahme von Anhäufungen, die auf einer ersten Unterschicht des erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmediums gebildet sind.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Röntgenbeugungsmuster eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß einem Vergleichsbeispiel.
6 zeigt in schematischer Darstellung den Grundriss bzw. den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Magnetspeichers.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Magnetaufzeichnungsmediums gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
1 stellt einen schematischen Querschnitt einer repräsentativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsmediums dar.
Auf beiden Seiten eines Substrats 40 aus verstärktem Glas werden in der angegebenen Reihenfolge nacheinander erste Unterschichten 41, 41', zweite Unterschichten 42, 42', Magnetfilme 43, 43', Schutzfilme, 44, 44' und Gleitfilme 45, 45' laminiert.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels einer Sputtering-Vorrichtung vom Einzelplatten-Verfahrenstyp zur Herstellung des magnetischen Aufzeichnungsmediums von 1. Bei der vorliegenden Sputtering-Vorrichtung ist eine Hauptkammer 29 in der Mitte angeordnet und eine Herstellungskammer 21, eine Kammer 22 zur Bildung einer ersten Unterschicht, eine Heizkammer 23, eine Oxidationskammer 24, eine Kammer 25 zur Bildung einer zweiten Unterschicht, eine Kammer 26 zur Bildung einer Magnetschicht, Kammern 27a, 27b, 27c, 27d zur Herstellung von Schutzfilmen und eine Entnahmekammer 28 sind kreisförmig um die Hauptkammer 29 angeordnet. Ein Vorgang zur Zufuhr des Substrats nach Verarbeitung in einer bestimmten Kammer zur nächsten Kammer wird gleichzeitig bezüglich der jeweiligen Kammern vorgenommen. Dies bedeutet, dass eine Mehrzahl von Substraten gleichzeitig in der Sputtering-Vorrichtung bearbeitet werden können und die Substrate nacheinander den Kammern zugeführt werden können. Da es bevorzugt ist, den Schutzfilm mit langsamer Geschwindigkeit zu bilden, sind die vier Kammern 27a, 27b, 27c und 27d zur Bildung der Schutzfilme vorgesehen, wobei in jeder Kammer 1/4 der angestrebten Dicke gebildet wird.
In der Sputtering-Vorrichtung wird zunächst das Substrat 20 aus verstärktem Glas der Vorbereitungskammer 21 zugeführt. Die Vorbereitungskammer 21 wird evakuiert. Anschließend erfolgt eine Übertragung auf die Kammern über die Hauptkammer 29 und eine Verarbeitung auf folgende Weise. Beispielsweise wird eine Legierung aus 60 at% Co-30 at% Cr-10 at% Zr (at% = Atom-%) als erste Unterschicht bei Raumtemperatur gebildet und auf 270°C erwärmt. Anschließend wird die Legierung in der Oxidationskammer 24 einem Mischgas aus Argon und Sauerstoff ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt werden das Mischungsverhältnis des Mischgases und die Zeitspanne, während der das Produkt der Atmosphäre aus dem Mischgas ausgesetzt wird, in variabler Weise verändert. Die zweite Unterschicht, die beispielsweise aus einer Legierung aus 25 at% Cr-15 at% Ti gebildet ist, und die Magnetschicht, die beispielsweise aus einer Legierung aus 75 at% Co, 19 at% Cr-6 at% Pt gebildet ist, werden nacheinander laminiert. Während dieser Zeitspanne wird die Temperatur bei oder geringfügig unter 270°C gehalten. Sodann wird Kohlenstoff mit einer Dicke von 10 bis 30 nm als Schutzschicht ausgebildet.
Wenn das Mischungsverhältnis des Mischgases und die Zeitspanne, während der das Produkt dem Mischgas ausgesetzt wird, verändert werden, lässt sich feststellen, dass (wie in 3 dargestellt) das Produkt (v·Isb) aus dem Aktivierungsvolumen v und dem magnetischen Moment Isb, das eine lineare Korrelation mit dem mittleren Rauschen zeigte, in Bezug zum Produkt (PO₂·t) des Sauerstoffpartialdrucks PO₂ in der Atmosphäre und der Zeitspanne t, in der die Aussetzung gegenüber der Atmosphäre stattfindet, äußerst klein war. v·Isb ist in "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", Bd. 145 (1995), S. 255–260, beschrieben. v·Isb ist eine Größe, die der minimalen Einheit der Magnetisierungsumkehr entspricht. Je kleiner der Wert v·Isb ist, desto kleiner ist das mittlere Rauschen. Da v·Isb eine physikalische Größe darstellt, lässt sich das mittlere Rauschen in objektiver Weise unabhängig von den Aufzeichnungs- und Wiedergabebedingungen vergleichen. Der Wert PO₂·t variiert dann, wenn v·Isb den Minimalwert erreicht, entsprechend der Zusammensetzung einer Legierung der ersten oder zweiten Unterschicht und entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis. Gemäß verschiedenen Experimenten ergab sich dann, wenn PO₂·t im Bereich von 1 × 10^–6 (Torr·sec) bis 1 × 10^–2 (Torr·sec) lag, ein Einfluss auf die Verringerung des mittleren Rauschens. Insbesondere für den Fall, dass Co in der ersten Unterschicht enthalten ist, erwies sich dieses als wirksam, wenn der Wert PO₂·t im Bereich von 1 × 10^–6 (Torr·sec) bis 1 × 10^–3 (Torr·sec) lag. Durch Verwendung eines TEM (Transmissionenelektronenmikroskop) wurde bestätigt, dass die Korngröße der zweiten Unterschicht im Bereich von PO₂·t verringert war, in dem v·Isb verringert war.
Ferner wird ein Gleitfilm aus absorbierendem Perfluoralkylpolyether oder dergl. in einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 10 nm auf der Schutzschicht abgeschieden, wodurch man ein zuverlässiges magnetisches Aufzeichnungsmedium erhält, mit dem eine Aufzeichnung mit hoher Dichte vorgenommen werden kann.
Ähnliche Wirkungen ergeben sich, wenn die Wärmebehandlung vor der Bildung der ersten Unterschichten 41, 41' vorgenommen wird. Ferner ist es möglich, das Verfahren bei Raumtemperatur bis zur Oxidation vorzunehmen, wonach die Temperatur auf 270°C erhöht wird und die zweite Unterschicht gebildet wird. Die Wärmebehandlung stellt ein allgemeines Verfahren zur Verbesserung der Kristallinität der Unterschicht dar, wobei die Koerzitivkraft des Magnetfilms verstärkt und das Rauschen vermindert werden. Üblicherweise wird die Wärmebehandlung bei etwa 200 bis 300°C durchgeführt.
Wenn ein Kohlenstofffilm, dem Sauerstoff zugesetzt ist, ein Film aus Siliciumcarbid, Wolframcarbid oder dergl. oder ein Verbundfilm aus einer derartigen Verbindung und Kohlenstoff jeweils für die Schutzschichten 44, 44' verwendet wird, lassen sich in bevorzugter Weise der Gleitwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Nach der Bildung der Schutzschichten kann dann, wenn eine geringfügige Rauigkeit auf der Oberfläche durch Ausführen einer Plasmaätzung unter Verwendung einer feinen Maske oder dergl. entsteht, Vorsprünge von verschiedenen Phasen auf den Oberflächen der Schutzschichten unter Verwendung eines Targets aus einer Verbindung oder einem Gemisch gebildet werden oder eine raue Beschaffenheit auf der Oberfläche durch Wärmebehandlung entsteht, die Kontaktfläche zwischen dem Kopf und dem Medium verringern. Dies wird bevorzugt, da das Problem, dass der Kopf zum Zeitpunkt eines CSS-Vorgangs (Kopfkontakt bei Start und Stopp) an der Oberfläche des Mediums haftet, vermieden werden kann.
Im Fall der Verwendung eines mit Ni-P plattierten Al-Legierungssubstrats als Substrat 40 wurde auf ähnliche Weise wie im Fall der Verwendung des Glassubstrats die Wirkung bestätigt, dass die Körner in der Magnetschicht feiner ausgebildet waren. Ferner ist es im Fall der Verwendung des Al-Legierungssubstrats als Substrat 40 (wie in 7 dargestellt) bevorzugt, dass die dem Substrat zugewandten Unterschichten 40-1, 40-1' aus Ni-P oder dergl. zwischen dem Substrat 40 und den ersten Unterschichten 41 bzw. 41' gebildet werden. Gleichermaßen ist es im Fall der Verwendung des Glassubstrats als Substrat 40 bevorzugt, dass die der Substratfläche zugewandten Unterschichten, die aus einem der verschiedenen Metallschichten, dem Legierungsfilm und dem Oxidfilm hergestellt sind, üblicherweise zwischen dem Substrat 40 und den ersten Unterschichten 41 bzw. 41' ausgebildet sind.
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Anhäufungen, die auf jeder der ersten Unterschichten 41, 41' ausgebildet sind. Die Abbildung zeigt die Struktur einer Probe von Anhäufungen, die auf dem Substrat, das durch Bilden einer einzigen Schicht aus einer 68 at% Co-24 at% Cr-8 at% W-Legierung als erster Unterschicht auf dem Glassubstrat erhalten worden ist, bei Betrachtung unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM). Bei den Anhäufungen handelt es sich um winzige Körner, wie in 4 dargestellt ist. Sie sind gleichmäßig in Abständen von wenigen nm verteilt. Die freie Standard-Oxidbildungsenergie wird als Index für das Maß der Oxidierbarkeit eines Elements herangezogen. Es ist bevorzugt, dass eine Legierung zur Bildung der ersten Unterschicht zwei oder mehrere Arten von Elementen enthält, bei denen die Differenz der freien Standard-Oxidbildungsenergie ΔG° bei einer Temperatur von 250°C mehr als 150 (kJ/mol O₂) beträgt (im Fall eines Elements, bei dem zwei oder mehr Arten von Oxiden existieren (beispielsweise gibt es bei Fe die Oxide Fe₂O₃, Fe₃O₄ und dergl.) wird der niedrigste ΔG°-Wert gewählt). Es ist besonders bevorzugt, dass zwei oder mehrere Arten von Elementen enthalten sind, bei denen die Differenz 180 (kJ/mol O₂) oder mehr beträgt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass zwei oder mehrere Arten von Elementen enthalten sind, bei denen die Differenz 200 (kJ/mol O₂) oder mehr beträgt. Obgleich bezüglich dieser Differenz keine Obergrenze besteht, gibt es im allgemeinen etwa 1000 Kombinationen.
Wenn in der Legierung ein Element enthalten ist, dessen freie Standard-Oxidationsenergie ΔG° den Wert –750 (kJ/mol O₂) oder weniger beträgt, lässt sich die Wirkung unter Zufuhr einer geringen Menge an Sauerstoff erreichen. In Tabelle 1 sind verschiedene Elemente, die entsprechenden Oxide und die freien Standard-Energien ΔG° bei einer Temperatur von 250°C aufgeführt. ΔG° ist ein Wert, der aus dem Diagramm der Beziehung zwischen ΔG° und der von Coughlin angegebenen Temperatur abgelesen wird; vergl. "Refining of nonferrous metals" (new system metal new edition refining metal version), Hrsg. The Japan Institute of Metals, 1964, S. 291–292.
Tabelle 1
Als Legierung, die für die erste Unterschicht verwendet wird, wird eine Legierung mit einem Gehalt an Cr und mindestens einer Art eines Elements, das aus der Gruppe Mo, Ti, Zr und Al ausgewählt ist, im Hinblick auf das Haftungsverhalten am Substrat bevorzugt. Wenn ferner eine Legierung mit einem Gehalt an Co und mindestens einer Art eines Elements, das aus der Gruppe Cr, Si, V, Ta, Ti, Zr, Al und W ausgewählt ist, als eine Legierung für die erste Unterschicht verwendet wird, wird die Legierung leicht amorph oder fein kristallin und es ergibt sich eine dichte Struktur. Infolgedessen ist es effektiv, ein Glassubstrat zu verwenden, da die Legierung als Diffusionsbarriere gegen Verunreinigungen, wie Alkalielemente oder dergl., die aus dem Glas in die Schicht eintreten, dient. Ferner erweist es sich ebenfalls als effektiv, eine Legierung mit einem Gehalt an Ni und mindestens einer Art eines Elements, das aus der Gruppe Cr, Si, V, Ta, Ti, Zr, Al und W ausgewählt ist, für die erste Unterschicht zu verwenden, da die Legierung leicht amorph oder fein kristallin wird. Der Ausdruck "amorph" bedeutet, dass ein klarer Peak bei der Röntgenbeugung nicht beobachtet wird oder dass ein klarer Beugungsfleck und ein Beugungsring bei Elektronenstrahlbeugung nicht beobachtet werden und ein Beugungsring in Form eines Hofs beobachtet wird. Der feine Kristall ist aus Kristallkörnern aufgebaut, deren Größe jeweils kleiner als die Korngröße der Magnetschicht ist. Vorzugsweise weisen die Kristallkörner einen durchschnittlichen Durchmesser von 8 nm oder weniger auf. Da der prozentuale Anteil eines Elements mit der geringsten freien Standard-Energie ΔG° für die Oxidbildung unter den für die erste Unterschicht verwendeten Legierungen in Relation zur Kristallkeimbildungszahl steht, ist ein prozentualer Anteil von etwa 5 at% bis 50 at% bevorzugt, da dies eine Verringerung der Korngröße der zweiten Unterschicht bewirkt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass dieser Wert 5 at% bis 30 at% beträgt.
Ferner können dritte Unterschichten zwischen den ersten Unterschichten 41, 41' und dem Substrat 40 angeordnet werden. Beispielsweise können bei Verwendung des Glassubstrats als Substrat 40 verschiedene Metallschichten, Legierungsschichten, Oxidschichten oder dergl., die bei der herkömmlichen Technik eingesetzt werden, als dritte Unterschichten verwendet werden.
Für die zweiten Unterschichten 42, 42' ist es bevorzugt, eine Legierung mit der bcc-Struktur zu verwenden, z. B. die Cr-Legierung mit guter Gitterübereinstimmung mit der Co-Legierungsmagnetschicht. Beispielsweise können Cr und Cr-Legierungen, d. h. CrTi, CrV, CrMo und dergl., verwendet werden.
Vorzugsweise liegt die Dicke der ersten Unterschicht im Bereich von 20 bis 50 nm und die Dicke der zweiten Unterschicht im Bereich von 10 bis 50 nm.
Vorzugsweise werden als Magnetschichten 43, 43' Magnetschichten verwendet, in denen die magnetische Anisotropie in Richtung der Ebene orientiert ist. Für eine derartige Magnetschicht lassen sich Legierungen, die Co als Hauptkomponente enthalten, z. B. Co-Cr-Pt, Co-Cr-Pt-Ta, Co-Cr-Pt-Ti, Co-Cr-Ta, Co-Ni-Cr und dergl., verwenden. Um jedoch eine höhere Koerzitivkraft zu erzielen, ist es bevorzugt, eine Co-Legierung mit einem Gehalt an Pt zu verwenden. Ferner kann die Magnetschicht aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut werden, wobei nicht-magnetische Zwischenschichten enthalten sind.
Bezüglich der magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht ist es bevorzugt, dass die durch Anlegen eines Magnetfelds in Richtung zur Innenseite der Filmebene gemessene Koerzitivkraft auf 1,8 Kilooersted oder mehr eingestellt wird und das Produkt Br·t der restlichen Magnetflussdichte Br, gemessen durch Anlegen des Magnetfelds an die Innenseite der Filmebene, und der Filmdicke t im Bereich von 20 bis 140 Gauss-Mikron liegt, wobei sich bevorzugte Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften in einem Bereich einer Aufzeichnungsdichte von 1 Gigabit pro 1 in² erreichen lassen. Eine Koerzitivkraft von weniger als 1,8 Kilooersted ist nicht bevorzugt, da dadurch die Ausgabe bei hoher Aufzeichnungsdichte (200 kFCI oder mehr) verringert wird. FCI ("flux reversal per inch" (Flussumkehr pro Zoll)) (1 Zoll = 2,54 cm) bedeutet die Einheit der Aufzeichnungsdichte. Wenn Br·t mehr als 140 Gauss-Mikron beträgt, wird die Reproduktionsausgabe bei hoher Aufzeichnungsdichte verringert. Ein Wert von weniger als 20 Gauss-Mikron wird nicht bevorzugt, da dabei die Wiedergabe-Ausgabe bei geringer Aufzeichnungsdichte klein ist.
Wenn der Magnetfilm aus einer Mehrzahl von Schichten mit nichtmagnetischen Zwischenschichten aufgebaut ist, bedeutet die Filmdicke t des Magnetfilms bei der Berechnung von Br·t die Summe der Dicke der Magnetschichten.
Ausführungsform 1
In der ersten Ausführungsform wird chemisch verstärktes Natronkalkglas von 2,5 in (6,35 cm) für das Substrat 40 verwendet. Auf den Seiten des Substrats 40 werden nacheinander die ersten Unterschichten 41, 41' aus einer Legierung von 60 at% Co-30 at% Cr-10 at% Zr mit einer Dicke von jeweils 25 nm, die zweiten Unterschichten 42 aus einer 85 at% Cr-15 at% Ti-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm, die Magnetfilme 43, 43' aus einer 75 at% Co-19 at% Cr-6 at% Pt-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm und ferner die Kohlenstoff-Schutzschichten 44, 44' mit einer Dicke von jeweils 10 nm ausgebildet. Als Schichtbildungsvorrichtung wird die Sputtering-Vorrichtung vom Einzelscheiben-Bearbeitungstyp mdp250A der Fa. Intevac, Inc. verwendet. Die Schichten werden im 10 Sekunden-Takt gebildet. Unter Takt ist eine Zeitspanne zu verstehen, während der das Substrat von einer vorhergehenden Kammer in eine bestimmte Kammer transportiert wird, in der Kammer verarbeitet wird und der nächsten Kammer in der Sputtering-Vorrichtung zugeführt wird. Die Kammerkonstruktion der Sputtering-Vorrichtung ist in 2 dargestellt. Der Argon (Ar)-Gasdruck zum Zeitpunkt der Abscheidung der Filme wird auf 6 mTorr festgelegt. Der Sauerstoff-Partialdruck in der Hauptkammer 29 während des Schichtbildungsvorgangs beträgt etwa 1 × 10^–8 Torr.
Die ersten Unterschichten 41, 41' werden in der Kammer 22 zur Bildung der ersten Unterschicht in einem Zustand abgeschieden, bei dem das Substrat 4 nicht erwärmt ist. Anschließend folgt in der Heizkammer 23 eine Erwärmung mit einem Lampenheizgerät auf 270°C und in der Oxidationskammer 24 eine Einwirkung einer Atmosphäre aus 99% Ar – 1 O₂-Mischgas bei 5 mTorr (Gasströmungsgeschwindigkeit 10 sccm) und einer Behandlungszeit von 3 Sekunden. Die Schichten werden nacheinander auf den bearbeiteten ersten Unterschichten 41, 41' in der Kammer 25 zur Bildung der zweiten Unterschicht, der Kammer 26 zur Bildung der Magnetschicht und den Kammern 27a, 27b, 27c und 27d zur Bildung der Schutzschicht abgeschieden. PO₂·t entspricht in diesem Fall 5 mTorr × 0,01 × 3 Sekunden = 1,5 × 10^–4 (Torr·sec). Nach Bildung der Kohlenstoff-Schutzfilme wird ein Material, das durch Verdünnen eines Perfluoralkylpolyethers mit einem Fluorkohlenstoff erhalten worden ist, als Gleitfilm 45, 45' aufgebracht.
Vergleichsbeispiel 1
Das Vergleichsbeispiel 1 betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das unter den gleichen Bedingungen wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt wird, mit der Ausnahme, dass in die Oxidationskammer 24 kein Mischgas eingeleitet wird.
Die Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums der Ausführungsform 1 betrug 2 170 Oersted, was um etwa 300 Oersted über dem Wert des magnetischen Aufzeichnungsmediums des Vergleichsbeispiels 1 liegt. Das Produkt Br·t der restlichen Magnetflussdichte Br und der Magnetfilmdicke t der Ausführungsform 1 betrug 89 Gauss-Mikron. Der Wert v·Isb des magnetischen Aufzeichnungsmediums der Ausführungsform 1 betrug 1,05 × 10^–15 (emu), was um 47% gegenüber dem Wert von 2,24 × 10^–15 (emu) des magnetischen Aufzeichnungsmediums des Vergleichsbeispiels 1 liegt, so dass das mittlere Rauschen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 auf etwa die Hälfte verringert war. Die Wiedergabe-Ausgabe im bewerteten Aufzeichnungsdichtebereich war für die Ausführungsform 1 und das Vergleichsbeispiel 1 fast gleich. Das S/N-Verhältnis des Mediums war um einen Betrag, der der Verringerung des mittleren Rauschens entsprach, verbessert.
Wenn die magnetischen Aufzeichnungsmedien der Ausführungsform 1 und des Vergleichsbeispiels 1 in eine Magnetplattenvorrichtung eingesetzt wurden und die Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften mit einem MR-Kopf unter Bedingungen einer Spuraufzeichnungsdichte von 63,4 Kbit pro cm (161 kBPI (Bit pro Zoll)) und einer Spurdichte von 3,66 Kilospuren pro cm 9,3 kTPI (Spuren pro Zoll)) bewertet wurden, wies das magnetische Aufzeichnungsmedium der Ausführungsform 1 ein um den Faktor 1,8 höheres S/N-Verhältnis als das Produkt des Vergleichsbeispiels auf und erfüllte in ausreichendem Maße die Spezifikation der Vorrichtung von 2,48 Megabit pro cm² (1,6 Gigabit pro in²) für die Flächenaufzeichnungsdichte. Andererseits wies das Medium des Vergleichsbeispiels 1 ein unzureichendes S/N-Verhältnis auf und konnte die Spezifikation der Vorrichtung nicht erfüllen.
Die erste Unterschicht aus der Co-Cr-Zr-Legierung wird in einer Dicke von 25 nm auf dem Glassubstrat abgeschieden und in der Oxidationskammer unter den gleichen Bedingungen wie in der Ausführungsform 1 bearbeitet. Bei Prüfung der Struktur des Co-Cr-Zr-Legierungsfilms unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) wurde in der TEM-Abbildung eine Schattierung festgestellt, die winzigen Anhäufungen entsprechend einer lokalen Oxidation auf der Oberfläche der ersten Unterschicht entsprach. Der Durchmesser der einzelnen Anhäufungen beträgt einige nm und die Anhäufungen waren fast gleichmäßig in Abständen von einigen nm ausgebildet. Die TEM-Abbildung ist schematisch in 4 dargestellt.
Bei Messung der Röntgenbeugungen der magnetischen Aufzeichnungsmedien der Ausführungsform 1 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden die in 5 dargestellten Beugungsmuster erhalten. Bei Ausbildung einer einzelnen ersten Unterschicht aus der Co-Cr-Zr-Legierung in einer Dicke von 50 nm auf dem Glassubstrat unter den gleichen Bedingungen und bei Messung der Röntgenbeugung war ein klarer Beugungspeak nicht zu sehen. Im Beugungsmuster des magnetischen Aufzeichnungsmediums des Vergleichsbeispiels 1 überlappt sich der CrTi (110)-Peak der körperzentrierten, kubischen (bcc) Struktur der zweiten Unterschicht mit dem CoCrPt (00.2)-Peak der hexagonalen, dicht gepackten (hcp) Struktur des Magnetfilms, so dass sich beide nicht identifizieren lassen. Jedenfalls ist jedoch die zweite Unterschicht nicht so stark (100) orientiert wie das erste magnetische Aufzeichnungsmedium der Ausführungsform 1 und weist Mischphasen mit einer Mehrzahl von Kristallkörnern mit unterschiedlichen Orientierungen auf. Infolgedessen sind im Co-Cr-Pt-Legierungskristall im Magnetfilm die Kristalle variabel orientiert und eine Mehrzahl von Beugungspeaks ist im Co-Cr-Pt-Magnetfilm zu sehen.
Da andererseits im magnetischen Aufzeichnungsmedium der Ausführungsform 1 in der einzelnen Co-Cr-Zr-Legierungsschicht der ersten Unterschicht, wie vorstehend erwähnt, kein Beugungspeak zu sehen ist, handelt es sich bei den Beugungspeaks in der Darstellung um den CrTi (200)-Peak der bcc-Struktur der zweiten Unterschicht und den CoCrPt (11.0)-Peak der hcp-Struktur des Co-Cr-Pt-Magnetfilms. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass die zweite Unterschicht, die auf der amorph strukturierten Co-Cr-Zr-Legierungsschicht ausgebildet ist, eine (100)-Orientierung aufweist und der Co-Cr-Pt-Magnetfilm auf der zweiten Unterschicht eine (11.0)-Orientierung durch das epitaxiale Wachstum aufweist. Die Komponenten in Richtung der Ebene in der c-Achse als leichter Magnetisierungsachse der Co-Cr-Pt-Legierung sind vergrößert und es lassen sich bevorzugte magnetische Eigenschaften erzielen.
Bei TEM-Betrachtung des Magnetfilms betrug die durchschnittliche Korngröße der Co-Cr-Pt-Legierung der Ausführungsform 1 10,8 nm, was feiner als der Wert von 16,2 nm für das Vergleichsbeispiel 1 ist. Bei Messung der Magnetisierung der einzelnen Co-Cr-Zr-Legierungsschicht ließ sich eine klare Hysteresekurve nicht erhalten. Infolgedessen wird angenommen, dass die Legierungsschicht nicht magnetisch ist.
Ausführungsform 2
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem ähnlichen Filmaufbau wie bei der Ausführungsform 1 wurde hergestellt. Ein chemisch verstärktes Aluminosilicatglas von 6,35 cm (2,5 Zoll) wurde als Substrat 40 verwendet. Die ersten Unterschichten aus einer 62 at% Co-30 at% Cr-8 at% Ta-Legierung mit einer Dicke von jeweils 40 nm wurden auf den Seiten des Substrats ausgebildet. Nacheinander wurden die zweiten Unterschichten aus einer 80 at% Cr-20 at% Ti-Legierung mit einer Dicke von jeweils 25 nm, die Magnetfilme aus einer 72 at% Co-18 at% Cr-2 at% Ta-8 at% Pt-Legierung mit einer Dicke von jeweils 23 nm und Kohlenstoff-Schutzschichten mit einer Dicke von jeweils 10 nm ausgebildet. Die gleiche Sputtering-Vorrichtung zur Bearbeitung von einzelnen Platten wie in der Ausführungsform 1 wurde als Schichtbildungsvorrichtung verwendet. Die Schichten wurden im 9 Sekunden-Takt gebildet. Der Argon (Ar)-Gasdruck bei der Schichtbildung wurde auf 6 mTorr festgelegt. Der Sauerstoff-Partialdruck in der Hauptkammer während des Schichtbildungsvorgangs betrug etwa 5 × 10^–9 Torr.
Die ersten Unterschichten wurden in der Kammer zur Bildung der ersten Unterschicht in einem Zustand, bei dem das Substrat nicht erwärmt war, abgeschieden, auf 250°C mit einer Lampenheizvorrichtung in der Heizkammer erwärmt und 3 Sekunden in der Oxidationskammer einer Atmosphäre mit einem 98 mol% Ar-2 mol% O₂-Mischgas und einem Gasdruck von 4 mTorr (Gasströmungsgeschwindigkeit 8 sccm) behandelt. Die Schichten wurden nacheinander abgeschieden. Der PO₂·t-Wert entspricht in diesem Fall 4 mTorr × 0,02 × 3 Sekunden = 2,4 × 10^–4 (Torr·sec). Nach Bildung der Kohlenstoff-Schutzfilme wurden Gleitfilme ähnlich denen der Ausführungsform 1 aufgebracht.
Vergleichsbeispiel 2
Das Vergleichsbeispiel 2 betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das unter den gleichen Bedingungen wie in der Ausführungsform 2 hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass in die Oxidationskammer kein Mischgas eingeleitet wurde.
Die Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums der Ausführungsform 2 betrug 2 640 Oersted, was um etwa 200 Oersted höher als der Wert für das magnetische Aufzeichnungsmedium des Vergleichsbeispiels 2 ist. Das Produkt Br·t der restlichen Magnetflussdichte Br und der Magnetfilmdicke t betrug 85 Gauss-Mikron. Der v·Isb-Wert des magnetischen Aufzeichnungsmediums der Ausführungsform 2 betrug 0,98 × 10^–15 (emu), was im Vergleich zum Wert von 1,81 × 10^–15 (emu) des magnetischen Aufzeichnungsmediums von Vergleichsbeispiel 2 eine Verringerung auf 54% bedeutete, so dass das mittlere Rauschen im Vergleich zum Wert für das Vergleichsbeispiel 2 auf etwa die Hälfte verringert war. Die Wiedergabe-Ausgabe im bewerteten Aufzeichnungsdichtebereich der Ausführungsform 2 und des Vergleichsbeispiels 2 waren fast gleich. Das S/N-Verhältnis des magnetischen Aufzeichnungsmediums war um einen Betrag, der der Verringerung des mittleren Rauschens entsprach, verbessert. Bei Einsetzen der magnetischen Aufzeichnungsmedien der Ausführungsform 2 und des Vergleichsbeispiels 2 in eine Magnetplattenvorrichtung und bei Bewertung der Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften mit einem MR-Kopf unter Bedingungen einer Spuraufzeichnungsdichte von 83 kbit pro cm (210 kBPI) und einer Spurdichte von 3,8 Kilospuren pro cm (9,6 kTPI) wies das magnetische Aufzeichnungsmedium der Ausführungsform 2 ein 1,3-fach höheres S/N-Verhältnis als das Medium von Vergleichsbeispiel 2 auf und erfüllte in ausreichender Weise die Spezifikation der Vorrichtung von 310 Megabit/cm² (2,0 Gigabit/in²) der Flächenaufzeichnungsdichte. Andererseits wies das magnetische Aufzeichnungsmedium des Vergleichsbeispiels 2 ein unzureichendes S/N-Verhältnis auf und konnte die Spezifikation der Vorrichtung nicht erfüllen.
Ausführungsform 3
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem ähnlichen Filmaufbau wie bei der Ausführungsform 1 wurde hergestellt. Ein chemisch verstärktes Aluminosilicatglas von 6,35 cm (2,5 Zoll) wurde als Substrat 90 verwendet. Auf den Seiten des Substrats wurden die ersten Unterschichten aus einer 85 at% Cr-15 at% Zr-Legierung mit einer Dicke von 30 nm hergestellt. Nacheinander wurden die zweiten Unterschichten aus einer 80 at% Cr-15 at% Ti-5 at% B-Legierung mit einer Dicke von jeweils 25 nm und die Magnetfilme aus einer 72 at% Co-19 at% Cr-1 at% Ti-8 at% Pt-Legierung mit einer Dicke von jeweils 22 nm und Kohlenstoff-Schutzschichten mit einer Dicke von jeweils 10 nm ausgebildet. Die gleiche Einzelscheiben-Sputtering-Vorrichtung wie bei der Ausführungsform 1 wurde als Schichtbildungsvorrichtung verwendet. Die Schichten wurden in einem 8 Sekunden-Takt gebildet. Der Argon (Ar)-Gasdruck bei der Schichtbildung wurde auf 5 mTorr festgelegt. Der Sauerstoffpartialdruck in der Hauptkammer während des Schichtbildungsvorgangs betrug etwa 3 × 10^–9 (Torr).
Die ersten Unterschichten wurden in einer Kammer zur Bildung der ersten Unterschicht in einem Zustand, bei dem das Substrat nicht erwärmt war, abgeschieden, mit einem Lampenheizgerät in der Heizkammer auf 240 °C erwärmt und 2 Sekunden in der Oxidationskammer einer Atmosphäre aus einem 79 mol% Ar-21 mol% O₂-Mischgas bei einem Mischgasdruck von 3 mTorr (Gasströmungsgeschwindigkeit 6 sccm) ausgesetzt. Die Schichten wurden nacheinander abgeschieden. Der PO₂·t-Wert betrug dabei 3 mTorr × 0,21 × 2 Sekunden = 1,3 × 10^–4 (Torr·sec). Nach Bildung der Kohlenstoff-Schutzfilme wurden Gleitfilme ähnlich denen von Ausführungsform 1 aufgebracht.
Vergleichsbeispiel 3
Das Vergleichsbeispiel 3 betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das unter den gleichen Bedingungen wie in Ausführungsform 3 hergestellt wurde, mit der Ausnahme, dass kein Mischgas in die Oxidationskammer eingeführt wurde.
Die Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums von Ausführungsform 3 betrug 2 680 Oersted, was um etwa 200 Oersted höher als der Wert des magnetischen Aufzeichnungsmediums des Vergleichsbeispiels 3 ist. Das Produkt Br·t der restlichen magnetischen Magnetflussdichte Br und der magnetischen Filmdicke t betrug 69 Gauss-Mikron. Der v·Isb-Wert des magnetischen Aufzeichnungsmediums von Ausführungsform 3 betrug 0,89 × 10^–15 (emu), was eine Verringerung auf 60% des Werts von 1,44 × 10^–15 (emu) des magnetischen Aufzeichnungsmediums des Vergleichsbeispiels 3 bedeutete, so dass das mittlere Rauschen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3 um fast 40% verringert war. Die Wiedergabe-Ausgabe des bewerteten Aufzeichnungsdichtebereiches der Ausführungsform 3 und des Vergleichsbeispiels 3 waren fast gleich. Das S/N-Verhältnis des Mediums war um einen Betrag verbessert, der der Verringerung des mittleren Rauschens entsprach. Bei Einsetzen der magnetischen Aufzeichnungsmedien der Ausführungsform 3 und des Vergleichsbeispiels 3 in eine Magnetplattenvorrichtung und bei Bewertung der Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften mit einem MR-Kopf unter Bedingungen einer Spuraufzeichnungsdichte von 88,6 kbit pro cm (225 kBPI) und einer Spurdichte von 3,8 Kilospuren pro cm (9,8 kTPI) wies das magnetische Aufzeichnungsmedium der Ausführungsform 3 ein 1,4-fach höheres S/N-Verhältnis als das Medium von Vergleichsbeispiel 3 auf und erfüllte in ausreichendem Maße die Spezifikation der Vorrichtung von 3,41 Megabit pro cm² (2,2 Gigabit pro in²) der Flächenspurdichte. Andererseits wies das Medium des Vergleichsbeispiels 3 ein unzureichendes S/N-Verhältnis auf und konnte die Spezifikation der Vorrichtung nicht erfüllen.
Ausführungsbeispiel 4
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem ähnlichen Filmaufbau wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 wurde hergestellt. Überzugsschichten aus 88 Gew.-% Ni-12 Gew.-% P wurden in einer Dicke von 13 μm auf beiden Seiten des Substrats aus 96 Gew.-% Al, 4 Gew.-% Mg mit einem Außendurchmesser von 95 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Dicke von 0,8 mm abgeschieden. Die Substratoberfläche wurde mit einer Läppmaschine so poliert, dass die durchschnittliche Oberflächen-Mittellinienrauigkeit Ra 2 nm betrug. Anschließend wurde ein Wasch- und Trocknungsvorgang durchgeführt. Sodann wurde ein Schleifband mit Schleifkörnern gegen beide Plattenflächen unter Verwendung einer Bandpoliermaschine (beispielsweise gemäß JP-A-62-262227) unter Rotationsbewegung des Substrats aufgepresst. Dabei wurde auf der Oberfläche des Substrats eine Textur nahezu in Umfangsrichtung ausgebildet. Ferner wurde nach Abwaschen von am Substrat anhaftendem Schmutz, z. B. Poliermittel oder dergl., ein Trocknungsvorgang durchgeführt.
Beide Substratflächen wurden auf die vorstehende Weise bearbeitet. Nacheinander wurden erste Unterschichten aus einer 60 at% Co-30 at% Cr-10 at% Ta-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm, zweite Unterschichten aus einer 85 at% Cr-20 at% Ti-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm, Magnetfilme aus einer 72 at% Co-20 at% Cr-8 at% Pt-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm und Kohlenstoff-Schutzschichten mit einer Dicke von jeweils 10 nm ausgebildet. Es wurde die gleiche Schichtbildungsvorrichtung wie bei der Ausführungsform 1 verwendet. Die Schichten wurden im 9 Sekunden-Takt gebildet. Der Argon (Ar)-Gasdruck bei der Schichtbildung wurde auf 5 mTorr festgelegt. Der Sauerstoffpartialdruck in der Hauptkammer während des Schichtbildungsvorgangs betrug etwa 1 × 10^–9 Torr.
Die ersten Unterschichten wurden in der Kammer zur Bildung der ersten Unterschicht in einem Zustand abgeschieden, bei dem das Substrat nicht erwärmt war, anschließend mit einem Lampenheizgerät in der Heizkammer auf 270°C erwärmt und 3 Sekunden einer Atmosphäre mit einem Mischgas aus 98% Ar-2% O₂ bei 4 mTorr (Gasströmungsgeschwindigkeit 8 sccm) in der Oxidationskammer ausgesetzt. Die Schichten wurden nacheinander abgeschieden. Dies entspricht in Bezug auf PO₂·t einem Wert von 4 mTorr × 0,02 × 3 Sekunden = 2,4 × 10^–4 (Torr·sec). Nach Bildung der Kohlenstoff-Schutzfilme wurde ein durch Verdünnen eines Perfluoralkylpolyethers mit einem Fluorkohlenstoff enthaltenden Gleitmittel als Gleitfilm aufgetragen.
In einer Schichtbildungsvorrichtung, in der im Vergleich zu der bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen verwendeten Schichtbildungsvorrichtung der erreichte Vakuumgrad gering und der Sauerstoffpartialdruck hoch ist, oder in einer Schichtbildungsvorrichtung in der die Zeitspanne, die ab der Bildung der ersten Unterschichten bis zur Bildung der zweiten Unterschichten erforderlich ist, lang ist, wie bei einer Vorrichtung, mit der gleichzeitig Schichten auf einer Mehrzahl von Substraten gebildet werden können, ist es nicht erforderlich, die Oxidationskammer wie in den Ausführungsformen vorzusehen, wobei sich aber die feine Kristallkeimbildung durch die Oxidation erzielen lässt und ähnliche Wirkungen wie bei den vorstehenden Ausführungsformen erhalten werden können.
Ausführungsform 5
Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem Filmaufbau ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 wurde hergestellt. Ein chemisch verstärktes Aluminosilicatglas von 6,35 cm (2,5 Zoll) wurde als Substrat verwendet. Auf den Seiten des Substrats wurden nacheinander die ersten Unterschichten aus einer 60 at% Co-30 at% Cr-10 at% Zr-Legierung mit einer Dicke von jeweils 25 nm, die zweiten Unterschichten aus einer 85 at% Cr-15 at% Ti-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm, Magnetfilme aus einer 75 at% Co-19 at% Cr-6 at% Pt-Legierung mit einer Dicke von jeweils 20 nm und Kohlenstoff-Schutzschichten mit einer Dicke von jeweils 10 nm gebildet. Eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Bildung von Schichten auf einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Palette gehalten wurden, wurde als Schichtbildungsvorrichtung verwendet. Die Schichten wurden im 60 Sekunden-Takt gebildet. Der Argon (Ar)-Gasdruck bei der Schichtbildung wurde aus 6 mTorr festgelegt. Der Sauerstoffpartialdruck in den entsprechenden Kammern während des Schichtbildungsvorgangs betrug etwa 1 × 10^–8 Torr.
Die ersten Unterschichten wurden in der Kammer zur Bildung der ersten Unterschicht in einem Zustand, bei dem das Substrat nicht erwärmt wurde, und anschließend in der Heizkammer mit einem Lampenheizgerät auf 270°C erwärmt. Die Schichten wurden nacheinander gebildet. Dies entspricht einem PO₂·t-Wert von etwa 2 × 10^–6 (Torr·sec). Nach Bildung der Kohlenstoff-Schutzfilme wurde ein Material, das durch Verdünnen eines Perfluoralkylpolyethers mit einem Fluorkohlenstoff erhalten worden war, als Gleitfilm aufgebracht.
Die Bewertungsergebnisse für die vorstehenden Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2
Wenn die Magnetfilme direkt ohne die zweiten Unterschichten auf den ersten Unterschichten aus einer Co-Legierung mit einer amorphen Struktur oder einer feinen Kristallstruktur, die der amorphen Struktur, die der oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt worden ist, ähnlich ist, gebildet wurden, zeigten die Magnetfilme eine starke Orientierung (00.1). Die Orientierung ist so beschaffen, dass die c-Achse des Co-Legierungskristalls des Magnetfilms in senkrechter Richtung zur Filmebene orientiert ist. Obgleich das Medium nicht als ein in der Ebene angeordnetes magnetisches Aufzeichnungsmedium verwendet werden kann, eignet es sich für ein vertikales magnetisches Aufzeichnungsmedium zur Aufzeichnung der Magnetisierung in vertikaler Richtung zur Filmebene.
6 zeigt einen schematischen Grundriss einer Magnetplattenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und einen schematischen Querschnitt entlang der Linie A-A'. Die Magnetplattenvorrichtung umfasst folgende Bestandteile: einen Plattenantriebsmechanismus 65 zum Antrieb eines magnetischen Aufzeichnungsmediums 64 in Aufzeichnungsrichtung; einen Magnetkopf 61, der so vorgesehen ist, dass er den Flächen des magnetischen Aufzeichnungsmediums 64 entspricht und aus einem Aufzeichnungsteil und einem Wiedergabeteil besteht; ein Magnetkopf-Antriebsmechanismus 62 zum Positionieren des Magnetkopfes 61 in einer gewünschten Position; und ein Lese- und Schreibsignal-Prozessor 63 zur Eingabe von Signalen in den Magnetkopf und zur Wiedergabe von Wiedergabesignalen aus dem Magnetkopf. Durch Konstruktion des Wiedergabeteils des Magnetkopfes mit einem MR-Kopf lässt sich eine ausreichende Signalintensität bei hoher Aufzeichnungsdichte erreichen, so dass eine sehr zuverlässige Magnetplattenvorrichtung mit einer Aufzeichnungsdichte von 155 Megabit pro cm² oder mehr (1 Gigabit pro in² oder mehr) realisiert werden kann.
Wenn das erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsmedium in der Magnetplattenvorrichtung verwendet wird, beträgt der Abstand zwischen den beiden Abschirmschichten, die den Magnetwiderstand-Sensorteil des MR-Kopfes sandwichartig umschließen, vorzugsweise 0,35 μm oder weniger. Wenn der Abstand der Abschirmschichten größer als 0,35 μm ist, verschlechtert sich die Auflösung und der Phasen-Jittereffekt der Signale wird groß.
Ferner ist der MR-Kopf mit einem Magnetwiderstand-Sensor konstruiert, der eine Mehrzahl von leitfähigen Magnetschichten umfasst, bei denen die Magnetisierungsrichtungen durch ein äußeres Magnetfeld relativ verändert werden, was eine große Widerstandsänderung hervorruft, wobei die leitfähigen, nicht-magnetischen Schichten zwischen den leitfähigen, magnetischen Schichten angeordnet sind. Unter Ausnutzung des magnetischen Riesenwiderstandseffekts oder des Spin-Valve-Effekts lässt sich die Signalintensität noch weit erhöhen. Infolgedessen lässt sich ein sehr zuverlässiger Magnetspeicher mit einer Aufzeichnungsdichte von 310 Megabit/cm² oder mehr (2 Gigabit/in² oder mehr) erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, wobei auf Oberflächen eines Substrats (40) erste Unterschichten (41, 41') aus einer zwei oder mehrere Metallelemente enthaltenden Legierung ausgebildet werden, auf den ersten Unterschichten (41, 41') zweite Unterschichten (42, 42') und auf diesen jeweils Magnetfilme (43, 43') ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Unterschichten (41, 41') aus einer Legierung gebildet werden, die zwei oder mehrere im Maß ihrer Oxidierbarkeit verschiedene Elementarten enthält, und daß nach der Ausbildung der ersten Unterschichten (41, 41') auf Oberflächen der ersten Unterschichten (41, 41') mehrere Anhäufungen, die jeweils diskontinuierlich und verstreut sind und einen hohen Sauerstoffgehalt aufweisen, dadurch ausgebildet werden, daß die ersten Unterschichten (41, 41') einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre über eine Zeitspanne ausgesetzt werden, während der PO₂·t im Bereich von 1 × 10^–6 Torr·sec bis 1 × 10^–2 Torr·sec liegt, wobei PO₂ den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre und t die Zeit angibt, in der die Aussetzung gegenüber der Atmosphäre stattfindet, so daß die zweiten Unterschichten (42, 42') auf den der Atmosphäre ausgesetzten ersten Unterschichten (41, 41') ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Elementarten in der Legierung der ersten Unterschicht so gewählt sind, daß die Differenz der freien Standard-Oxidbildungsenergien ΔG° der Elemente 150 (kJ/molO₂) oder mehr bei einer Temperatur von 250° beträgt, wobei bei Vorliegen von mehr als zwei Oxidarten ΔG° der niedrigste Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Unterschichten (42, 42') direkt auf dem Substrat (40) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Unterschichten (41, 41') jeweils auf auf einer Oberfläche des Substrats (40) ausgebildeten Substratflächen-Unterschichten (40-1, 40-1') ausgebildet werden.
Magentisches Aufzeichnungsmedium mit einem Substrat (40), einer darauf angeordneten ersten Unterschicht (41, 41') aus einer zwei oder mehrere Metallelemente enthaltenden Legierung, einer auf der ersten Unterschicht angeordneten zweiten Unterschicht (42, 42') und einem auf dieser angeordneten Magnetfilm (43, 43'), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Unterschicht (41, 41') aus einer Legierung besteht, die zwei oder mehrere Elementarten enthält, die sich im Maß ihrer Oxidierbarkeit unterscheiden, auf einer Oberfläche der ersten Unterschicht (41, 41') mehrere Anhäufungen mit hohem Sauerstoffgehalt diskontinuierlich und verstreut ausgebildet sind, wobei jede dieser Anhäufungen durch örtliche Oxidation eines Flächenbereichs gebildet ist, der einen hohen Gehalt eines Metallelements aufweist, das unter den Metallelementen der Legierung eine geringere freie Standard-Oxidbildungsenergie hat, und daß die zweite Unterschicht (42, 42') direkt auf der Oberfläche der ersten Unterschicht (41, 41') ausgebildet ist, auf der die Anhäufungen verstreut ausgebildet sind.
Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 5, wobei die erste Unterschicht (41, 41') aus einer amorphen Legierung besteht.
Medium nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Substrat (40) ein Glassubstrat ist.
Medium nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Substrat (40) ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Substrat ist.
Medium nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Unterschicht (41, 41') auf dem Substrat ausgebildet ist.
Medium nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Unterschicht (41, 41') auf einer auf der Oberfläche des Substrats (40) ausgebildeten Substratflächen-Unterschicht (40-1, 40-1') ausgebildet ist.
Magnetisches Speichersystem mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 5 bis 10, einem aus einem Aufzeichnungsteil und einem Wiedergabeteil bestehenden Magnetkopf (61), der entsprechend Flächen des magnetischen Aufzeichnungsmediums vorgesehen ist, einer Antriebseinheit (65) zur Änderung von relativen Positionen des magnetischen Aufzeichnungsmediums und des Magnetkopfes, einer Magnetkopf-Antriebseinheit (62) zum Positionieren des Magnetkopfes in eine vorgegebene Position und einem Lese- und Schreibsignalprozessor (63) zur Eingabe von Signalen in den Magnetkopf (61) und Wiedergabe von Ausgangssignalen des Magnetkopfes (61).