(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた軟磁性下地層と、
磁性層の配向と偏析を制御するための下地層と、
前記下地層上に形成された酸化物を含有するＣｏとＣｒとＰｔを主体とする合金磁性材料からなる磁性層と、
前記磁性層の上に形成された酸化物を含まないＣｏとＣｒとＰｔを主体とする強磁性金属層とを有し、
前記酸化物を含む磁性層は第一磁性層と第二磁性層の二層から構成され、前記強磁性金属層に隣接する前記第二磁性層のＣｒ濃度が２３at.%以上３２at.%以下であり、前記第二磁性層のＣｒ濃度が、その下層に設けられた前記第一磁性層のＣｒ濃度よりも大きく、前記第二磁性層のＣｒ濃度とその下層に設けられた前記第一磁性層のＣｒ濃度との差が２５at.%以下であり、前記第一磁性層は強磁性粒子を酸化物が取り囲んだグラニュラー構造を有し、
逆磁区核形成磁界が１５９．２ｋＡ／ｍ以上であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
基板上に設けられた軟磁性下地層と、
磁性層の配向と偏析を制御するための下地層と、
前記下地層上に形成された酸化物を含有するＣｏとＣｒとＰｔを主体とする合金磁性材料からなる磁性層と、
前記磁性層の上に形成された酸化物を含まないＣｏとＣｒとＰｔを主体とする強磁性金属層とを有し、
前記酸化物を含有する磁性層は三層以上の磁性層から構成され、前記強磁性金属層に隣接する層のＣｒ濃度が２３at.%以上３２at.%以下であり、その下層に設けられた酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い層と強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層との間に存在する磁性層において、Ｃｒ濃度が３２at.%以下、且つ、隣接する層間のＣｒ濃度の差が２５at.%以下であり、最もＣｒ濃度の低い層は強磁性粒子を酸化物が取り囲んだグラニュラー構造を有し、
逆磁区核形成磁界が１５９．２ｋＡ／ｍ以上であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の垂直磁気記録媒体において、前記強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層が基板側でＣｒ酸化物の濃度が高く、前記強磁性金属層側でＣｒ酸化物の濃度が低いことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記酸化物を含む磁性層の中で、最もＣｒ濃度の低い層のＣｒ濃度が５at.%以上１７at.%以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記酸化物を含む最もＣｒ濃度の低い層の結晶粒界がＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂからなる酸化物を二種類以上含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体を記録方向に駆動する手段と、
記録部と再生部を備える磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に駆動する手段と、
前記磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する信号処理手段とを有し、
前記磁気記録媒体として請求項１〜５のいずれか１項記載の垂直磁気記録媒体を用いたことを特徴とする磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量の情報を記録可能な垂直磁気記録媒体及びそれを組み込んだ磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの扱う情報量が増大し、補助記憶装置としてハードディスク装置の大容量化が一段と求められている。さらに、家庭用の電気製品へのハードディスク装置の搭載が進むことにより、ハードディスク装置の小型化、大容量化の要望は強くなる一方である。
【０００３】
近年、磁気ディスク装置に垂直磁気記録方式を採用することにより、記録密度を向上させてきた。垂直磁気記録方式は、記録媒体の磁化を媒体面に垂直に、かつ隣り合う記録ビット内の磁化が互いに反平行になるように記録ビットを形成する方式であり、面内記録方式に比べて磁化遷移領域での反磁界が小さいため媒体ノイズを低減でき、高密度記録時の記録磁化を安定に保持できる。垂直磁気記録媒体としては、基板と垂直磁気記録層の間に磁束のリターンパスとして働く軟磁性下地層を設けた二層垂直磁気記録媒体が広く採用されている。磁気ヘッドとしては、記録磁界勾配を向上させるために磁気ヘッドの記録部が従来の単純な構造の単磁極型ヘッドの構造に、少なくとも主磁極のトレーリング側に非磁性のギャップ層を介して磁気シールドが設けられた構造を有する構造が広く採用されている。
【０００４】
垂直磁気記録媒体の磁気記録層としては、従来は面内記録媒体で用いられているＣｏＣｒＰｔ系合金からなる記録層が検討されていた。従来のＣｏＣｒＰｔ系合金からなる記録層においては、ＣｏとＣｒの相分離を利用して高温に加熱することでＣｒを主とする非磁性材料を粒界に偏析させ、磁性結晶粒の磁気的な孤立化を図ってノイズを低減してきた。そのため、ノイズ低減の効果をより大きくするためにはＣｒを多く添加する必要があるが、その場合には磁性結晶粒内にもＣｒが多く残り、磁気異方性エネルギーが低下し、記録信号の安定性が劣化する問題があった。
【０００５】
この問題を解決し更にノイズを低減するため、磁性結晶粒の周囲に酸化物や窒化物などの非磁性化合物を偏析させることにより磁性結晶粒が磁気的に分離した構造（グラニュラー構造と呼ぶ）が提案されている。このグラニュラー構造の記録層に関しては、例えばIEEE Transactions on Magnetics, Vol.40, No.4, July 2004, pp. 2498-2500に記載されている。ＣｏＣｒＰｔ合金に酸素や酸化物を添加した記録層の場合には、酸化物が磁性結晶粒と容易に分離するため、酸化物粒界形成のきっかけとなるテンプレートが下地層として形成されていれば、酸化物が磁性結晶粒を取り囲むグラニュラー構造を形成することで磁気的な分離を実現できる。このため、磁性結晶粒に含まれるＣｒ量を低減でき、磁気異方性エネルギーを低下させることなくノイズの低減が可能である。グラニュラー記録層の改良による低ノイズ化の検討も盛んに行われている。例えば、特開２００５−１００５３７号公報には、グラニュラー記録層の粒界を形成する酸化物を２種類以上とすることによりノイズを低減する方法が開示されている。また、特開２００６−３０２４２６号公報には、酸素濃度や酸化物濃度の勾配によりグラニュラー層の構造を制御し、ノイズを低減する方法が開示されている。
【０００６】
上記のようにグラニュラー記録層の粒間相互作用を十分低減した媒体では、磁化反転の起こる磁界が大きくなるため、十分なオーバーライト特性が得られないという問題がしばしば生じる。オーバーライト特性を改善するため、例えば、特開２００７−２７２９５０号公報には、グラニュラー記録層の上に厚い非グラニュラー構造の強磁性層を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１００５３７号公報
【特許文献２】特開２００６−３０２４２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２９５０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】IEEE Transactions on Magnetics, Vol.40, No.4, July 2004, pp. 2498-2500
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
垂直磁気記録媒体においても、記録密度を向上させるためには磁化反転の単位である磁気クラスターサイズを低減する必要があるが、記録密度が１平方センチあたり７７．７ギガビット（約５００Ｇｂ／ｉｎ2）を超える領域になると磁気クラスターサイズの減少に伴って熱安定性が劣化するという問題が生じてきた。
【００１０】
これを回避する一つの方法としては、垂直磁気記録層に磁気異方性の大きな材料を用いることが有効であり、ＣｏＣｒＰｔ系のグラニュラー磁性層においてＣｒ濃度を下げることで磁気異方性を大きくすることができる。しかしながら、Ｃｒ濃度が低くなると、酸化物の結晶粒界へ偏析が不十分な場合には磁性粒子間に働く交換結合が非常に強くなり、磁気クラスターサイズが急激に増加してＳ／Ｎが劣化するという問題あった。また、酸化物の粒界への偏析が促進され磁性粒子が孤立化してくると磁化反転の起こる磁界が大きくなり、ヘッドからの記録磁界で記録ができないという問題が生じる。
【００１１】
磁化反転の起こる磁界を小さくするには、磁化反転を補助する層（非グラニュラー構造有する磁性層）を厚くする必要が生じる。非グラニュラー構造有する磁性層（キャップ層）はグラニュラー層に比べて膜面内方向の交換結合が強いため、膜厚の増加と伴に急激に磁気クラスターサイズが増加してＳ／Ｎが劣化するという問題が生じる。また、膜厚の増加により分解能が劣化するという問題があった。
【００１２】
このように、従来の技術では、高いＳＮＲ、熱安定性、記録性能を同時に満たすことができなかった。本発明の目的は、上記の三つの課題を同時に満たす垂直磁気記録媒体、その製造方法、及び磁気記憶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では以下の構成を採用した。
本発明の垂直磁気記録媒体は、基板上に形成された軟磁性下地層と、磁性層の配向と偏析を制御するための下地層と、酸化物を含有するＣｏとＣｒとＰｔを主体とする合金磁性材料からなる磁性層と、その上に形成された酸化物を含まないＣｏとＣｒとＰｔを主体とする強磁性金属層とを有する。酸化物を含む磁性層は二層以上の磁性層から構成され、強磁性金属層に隣接する層のＣｒ濃度は２３at.%以上３２at.%以下であり、その下層に設けられた酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い層と強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層との間に存在する磁性層において、Ｃｒ濃度が３２at.%以下、且つ、隣接する層間のＣｒ濃度の差は２５at.%以下であり、酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い磁性層を酸化物が強磁性粒子を取り囲んだグラニュラー構造を有し、逆磁区核形成磁界が１５９．２ｋＡ／ｍ以上である。
【００１４】
ここで、Ｃｒ濃度は、ＣｏとＣｒとＰｔの総量に対するＣｒの割合で求めた濃度である。また、逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）の評価は、室温においてカー効果測定装置を用いて行い、測定波長は３５０ｎｍ、レーザーのスポット径は約１ｍｍである。磁界は試料膜面垂直方向に印加し、最大磁界は１５９０ｋＡ／ｍ（約２０ｋＯｅ）とし、掃引速度一定で６０秒間でカーループの測定を行った。逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）はＫｅｒｒ回転角が正に飽和した状態から磁界を下げた時に飽和値の９５％となるときの磁界とし、第二象限にある場合を正と定義した。この値が正で大きいほど熱安定性が良いことを示している。
【００１５】
逆磁区核形成磁界が１５９．２ｋＡ／ｍより小さくなると、磁気記憶装置に組み込んだときに、高温で情報の消失が頻繁に起きるようになり実用上問題となるため好ましくない。酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い層のＣｒ濃度を少なくとも１７at.%以下、より好ましくは１４at.%以下とすることで高い磁気異方性実現して熱安定性が改善されると伴に、グラニュラー構造によりクラスターサイズを低減し高Ｓ／Ｎを実現する。Ｃｒ濃度が５at.%より小さくなると、粒界形成が不十分な領域があると強磁性粒子間に非常に強い交換結合が働くため急激にノイズが増加する要因となりやすい。従って、酸化物を含む最もＣｒ濃度の低い層のＣｒ濃度は５at.%以上とすることが好ましい。
【００１６】
強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層のＣｒ濃度を２３at.%以上３２at.%以下とすることで、強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層と強磁性金属層の磁化反転が分離しない範囲で層間の結合を弱めることができ、強磁性金属層が強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層に対してインコヒーレントに磁化が反転しやすくなる。また、強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層の磁化反転のモードもインコヒーレントな磁化反転が起こりやすくなる。このため、異方性磁界の小さな強磁性金属層の磁化反転が起きやすくなり、強磁性金属層の磁化が反転することをきっかけにして、層間の結合を介して隣接する磁性層の磁化反転がおこり、更に層間の結合を介して最も大きな異方性磁界を持つ磁性層の磁化の反転を引き起こす。この効果により、各層の異方性磁界の平均値よりも小さな外部磁界で磁化反転がおこり、高い熱安定性を維持しつつ記録性能が改善できる。酸化物を含む磁性層のヘッドに近い側に異方性磁界の小さい領域を設け、磁化反転のきっかけとすることにより、従来十分な記録性能を実現するために必要であった強磁性金属層の膜厚を低減できる。強磁性金属層はグラニュラー層に比べて膜面内方向の交換結合が強くノイズ源となるが、この膜厚を低減できるため、磁気クラスターサイズが低減され、低ノイズ（高いＳ／Ｎ）が実現される。また、磁性層全体でインコヒーレントな磁化反転に近づくことでレマネンス保磁力（Ｈcr）の角度依存性が浅くなり、トラック幅方向にヘッドから斜めの磁界が印加されたときに書き滲みを抑えることができる。
【００１７】
一方、強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層のＣｒ濃度が３２at.%より高くなると、磁気異方性や飽和磁化が急激に減少してほぼ非磁性の領域になり、強磁性金属層との間の交換結合がほぼゼロとなり磁化反転が分離するため、飽和磁界が増加し記録性能及び分解能が大幅に劣化し、結果としてＳ／Ｎも大幅に劣化する。
【００１８】
強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層のＣｒ濃度が２３at.%より低くなると、磁気異方性と飽和磁化が大きくなり、強磁性金属層との層間の交換結合が強くなりすぎて、強磁性金属層のインコヒーレントな磁化反転が起きにくくなる（コヒーレントな磁化反転に近づく）こと、及び、異方性磁界の平均が大きくなることにより、飽和磁界が増加する。その結果、記録に必要な磁界が大きくなり、記録性能が劣化する。十分な記録性能を実現するために強磁性金属層を厚くした場合、分解能の劣化が起こり、交換結合の強い層の割合が増加するためノイズも増加する。結果として、高いＳ／Ｎが得られない。また、同じ記録性能が得られる状態で比較するとレマネンス保磁力（Ｈcr）の角度依存性も深くなり、トラック幅方向にヘッドから斜めの磁界が印加されたときに書き滲みが起こり、トラック密度の低下を招く。
【００１９】
本発明では、更に、酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い層と強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層の間に存在する磁性層において隣接する磁性層間のＣｒ濃度の差を２５％以下にする。隣接する磁性層間のＣｒ濃度の差が２５％より大きくなると、層間の交換結合エネルギーに比べて最もＣｒ濃度が低い磁性層の磁気異方性エネルギーが大きくなり過ぎ、強磁性金属層が反転しても層間の交換結合により最もＣｒ濃度が低い磁性層の磁化を反転することができなくなり、記録性能が大幅に劣化する。磁化反転の分離が起こると、分解能が急激に劣化し、Ｓ／Ｎも大幅に劣化する。
【００２０】
強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層において、更に、強磁性金属層との界面に向かってＣｒ酸化物の濃度が小さくなるような勾配を設けることで、磁気異方性、飽和磁化が強磁性金属層との界面に向かって減少するような勾配が形成される。Ｃｒ酸化物の濃度の高い領域は、Ｃｒ酸化物が粒界に偏析することで強磁性粒子間の交換結合が低減され、低ノイズ化に寄与する。また、磁気異方性も向上し熱安定性も改善する。Ｃｒ酸化物の濃度の低い領域は偏析が抑制され飽和磁化や磁気異方性が減少することで記録性能が向上する。飽和磁化が小さいことから、偏析が不十分でもノイズの増加を抑えることができる。Ｃｒ酸化物の濃度の低い領域は酸化物の粒界が狭くなり、その上に成長する強磁性金属層の結晶性が改善し、反転磁界の分散の低減効果が向上する。その結果、強磁性金属層の膜厚の薄膜化が可能となり、ノイズの低減、分解能の向上、記録性能の向上に寄与する。
【００２１】
酸化物を含む磁性層の中で最もＣｒ濃度の低い層としてはＣｏを主成分とし、少なくともＣｒとＰｔを含み酸化物を含む、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ合金とＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂの酸化物の中から少なくとも二種類を含むグラニュラー膜を用いることができる。これにより、均一で広い結晶粒界を形成することができるため、磁性層中に含まれるＣｒ濃度を下げても交換結合の増加を抑制することができる。これらの酸化物は、酸化物の形でターゲットに含有させても良いし、金属として含有させ酸素雰囲気中で反応性スパッタにより形成しても良い。ターゲットにＣｏの酸化物を含有させておくと、Ｃｏの酸化物は酸化物生成能が低く不安定なため、スパッタ中にＣｏと酸素に分解されて酸素の供給源となる。ここで供給された酸素はＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，ＢやＣｒを酸化して粒界への偏析を促進する。酸素をスパッタガスとして外部から供給する場合に比べて、基板の半径方向、周方向に渡って均一に分布するため、磁気特性の一様性が改善し、反転磁界の分散低減に寄与する。スパッタと同時に分解がおこり酸素を供給できるため、初期層の粒界形成を促進しノイズを低減できる。Ｃｏの酸化物としてはＣｏＯやＣｏ3Ｏ4などを用いることができるが、Ｃｏ3Ｏ4が最も分解しやすく且つ酸素を多く含むため効果的である。Ｃｏ3Ｏ4をターゲットに含有させる場合、１．５−３mol%程度の量を用いると良い。
【００２２】
酸化物を含む磁性層の中で最も強磁性金属層に近い層としては、Ｃｏを主成分とし少なくともＣｒを含み酸化物を含む、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ合金とＳｉ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｔｉ酸化物を少なくとも一種類含むグラニュラー膜を用いることができる。強磁性金属層の結晶成長の観点から、酸化物の総量は下層の磁気異方性の大きな磁性層に比べて少ない方が好ましい。膜形成初期段階では酸素をスパッタガスとして供給し、途中で酸素の供給を停止することで、Ｃｒ酸化物の濃度勾配を形成することができる。磁気異方性の大きな磁性層を形成する場合と異なり、Ｃｒ酸化物の濃度勾配を形成する観点からは、ターゲットに含まれるＣｏ酸化物の含有量は下層に設けた酸化物を含む磁性層に比べて少ないことが望ましい。Ｃｏ酸化物は磁気特性の均一性を向上する効果もあるため、Ｃｏ3Ｏ4をターゲットに含有させる場合には１mol%程度の量を用いることができる。
【００２３】
酸化物を含む磁性層を３層以上から構成することもできる。この場合、強磁性金属層に隣接する磁性層のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下とし、Ｃｒ濃度が最も低い層と強磁性金属層に隣接する磁性層との間の磁性層において、隣接する磁性層のＣｒ濃度の差を２５％以下とすることで、各磁性層の磁化反転の分離を抑えつつインコヒーレントな磁化反転を促進するために適当な層間の交換結合を実現し、高い記録性能を実現する。最もＣｒ濃度の低い磁性層を、酸化物が強磁性粒子を取り囲んだグラニュラー構造とすることで高いＳ／Ｎを実現できる。
【００２４】
最もＣｒ濃度の低い磁性層のグラニュラー構造を構成する酸化物としてＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を用いると、サブグレインの発生を抑えて均一な粒界を形成できるため好ましい。最もＣｒ濃度の低い磁性層のＣｒ濃度が５at.%より小さくなると、微細構造の不均一性の影響を大きく受けやすくなるため、５at.%以上とすることが望ましい。また、逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）も１５９．２ｋＡ／ｍ（２ｋＯｅ）以上とすることで高い熱安定性を実現する。最もＣｒ濃度の低い磁性層のＣｒ濃度を少なくとも１７at.%以下とすると良い。
【００２５】
Ｃｒ濃度が最も低く磁気異方性の大きなグラニュラー層と強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層と強磁性金属層の間の磁性層には、Ｃｏを主成分とし少なくともＣｒとＰｔを含み酸化物を含む、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ合金と酸化物を含むグラニュラー膜を用いることができる。この層を形成する際には、ターゲットにＣｏ酸化物を含有させておくことが望ましい。これにより、スパッタ中にＣｏ酸化物がＣｏと酸素に分解されて酸素の供給源となり、酸化物が基板の半径方向、周方向に渡って均一に分布するため磁気特性の一様性が改善し、反転磁界の分散低減に寄与するとともに初期層の粒界形成を促進しノイズを低減できる。Ｃｏの酸化物としてはＣｏＯやＣｏ3Ｏ4などを用いることができるが、Ｃｏ3Ｏ4が最も分解しやすく且つ酸素を多く含むため効果的である。Ｃｏ3Ｏ4をターゲットに含有させる場合１．５−３mol%程度の量を用いると良い。
【００２６】
強磁性金属層を構成する材料としては、Ｃｏ／ＰｔやＣｏ／Ｐｄなどの人工格子や、Ｃｏを主成分とし少なくともＣｒを含有するＣｏＣｒ系合金などを用いることができる。特に、Ｃｏを主成分とし少なくともＣｒとＰｔとＢを含有する合金とすることで、ノイズ増加を最小限に抑えて反転磁界分散を低減でき、耐食性及び熱安定性も向上できるため好ましい。例えば、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｏ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ−Ｂ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｃｕ−Ｂ合金などを用いることができる。
【００２７】
強磁性金属層は、反転磁界の分散とその大きさを低減する役割を果たし、大まかには飽和磁化と膜厚の積を揃えることで同様の効果を得ることができる。しかし、飽和磁化が小さくなると上記効果を得るために膜厚を厚くする必要が生じ、分解能の劣化や高い線記録密度でのノイズの増加を引き起こす。また、ヘッドと軟磁性層の距離の増加に伴いヘッドの記録磁界が減少するため、同じ反転磁界であっても記録性能が劣化する。このため、強磁性金属層の膜厚は薄い方が良く、５ｎｍ以下とすることが望ましい。より好ましくは４ｎｍ以下である。また、強磁性金属層を上記の材料を二層以上積層した構成とすることもできる。
【００２８】
配向と偏析を制御する下地層は、記録層の結晶配向性や結晶粒径を制御し、記録層の結晶粒間の交換結合の低減に重要な役割を果たす。下地層の膜厚、構成、材料は、上記効果が得られる範囲で設定すればよい。例えば、Ｔａなどの微結晶層、ＮｉＴａなどのアモルファス層、面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する金属層上にＲｕもしくはＲｕ合金層を形成した構成やＴｉ合金上にｆｃｃ金属介してＲｕ合金層を形成した構成などを用いることができる。
【００２９】
Ｔａなどの微結晶層、ＮｉＴａなどのアモルファス層、面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する金属層の役割は、Ｒｕの膜面垂直方向のｃ軸配向性を高めることである。特に、ｆｃｃ金属はＴａなどの微結晶系やＮｉＴａなどのアモルファス系の材料に比べて粒径及び凹凸の制御に優れており、記録層の偏析の促進と熱安定性を大きく向上できるため好ましい。面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する金属としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｎｉやこれらを含有する合金を用いることができる。特に、Ｎｉを主成分とする少なくともＷ，Ｃｒ，Ｖ又はＣｕを含む合金とすると、適度な粒径と凹凸を形成でき記録層の偏析を促進できるため好ましい。例えば、Ｎｉ−６at.%Ｗ合金、Ｎｉ−８at.%Ｗ合金、Ｎｉ−６at.%Ｖ合金、Ｎｉ−１０at.%Ｃｒ合金、Ｎｉ−１０at.%Ｃｒ−６at.%Ｗ合金、Ｎｉ−１０at.%Ｃｒ−３at.%Ｎｂ合金、Ｎｉ−１０at.%Ｃｒ−３at.%Ｂ合金、Ｎｉ−２０at.%Ｃｕ合金、Ｎｉ−２０at.%Ｃｕ−６at.%Ｗ、Ｎｉ−２０at.%Ｃｕ−３at.%Ｔｉ合金、Ｎｉ−２０at.%Ｃｕ−３at.%Ｔａ合金などを用いるこができる。膜厚は、通常２ｎｍから１０ｎｍ程度の値が用いられる。
【００３０】
ｆｃｃ金属の直下に、Ｃｒ−Ｔｉ合金、Ｃｒ−Ｔａ合金、Ｎｉ−Ｔａ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金などのアモルファス層を設けると、ｆｃｃ層の（１１１）配向性を高めることができるため好ましい。膜厚は、通常１ｎｍから５ｎｍ程度の値が用いられる。
【００３１】
Ｒｕ合金層の役割は記録層の結晶粒径、結晶配向性の制御と結晶粒間の交換結合の低減である。これが満足される範囲で膜厚を設定すればよく、通常３ｎｍから３０ｎｍ程度の値が用いられる。Ｒｕ層を二層以上に分けて形成し、下層Ｒｕを低ガス圧、高レートで形成し、上層Ｒｕを高ガス圧、低レートで形成することにより、配向の劣化を抑えて、記録層の偏析が促進できるため好ましい。スパッタガスとしてＡｒを用いてもよいし、Ａｒに微量の酸素や窒素を添加したものを用いても良い。また、Ｒｕ層の記録層側との界面部分を、Ｒｕの周りを酸化物や窒化物が取り囲んだグラニュラー膜とすることで、磁性層の偏析を更に促進することができるため好ましい。Ｒｕを主成分としＳｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂなど酸化しやすい元素を含んだ合金を微量の酸素や窒素添加したＡｒガスを用いて反応性スパッタでグラニュラー膜を形成したり、ＲｕにＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，Ｎｂ2Ｏ5などの酸化物を含有させたターゲットを用いてグラニュラー膜を形成することができる。
【００３２】
ヘッドからの磁束のリターンパスとして働く軟磁性下地層を構成する材料としては、ＦｅＣｏＴａＺｒ合金、ＦｅＣｏＴａＺｒＣｒ合金、ＣｏＴａＺｒ合金、ＣｏＴａＺｒＣｒ合金、ＦｅＣｏＢ合金、ＦｅＣｏＣｒＢ合金、ＣｏＮｂＺｒ合金、ＣｏＴａＮｂ合金などを用いることができる。軟磁性下地層の構成としては、軟磁性合金を薄いＲｕを介して積層した三層構造とし、Ｒｕの膜厚により軟磁性層間の結合を制御することで記録性能と記録幅の制御ができる。また、一層のＦｅＣｏＴａＺｒ合金などの軟磁性材料からなる軟磁性下地層の下に軟磁性下地層の磁区を固定するための磁区制御層を設けた構造や、軟磁性合金を薄いＲｕを介して積層することで反強磁性的に結合させた構造（ＡＦＣ構造）の下に磁区制御層を設けた構造を用いても良い。
【発明の効果】
【００３３】
本発明により高いＳＮＲ、熱安定性、記録性能を同時に満たすことが可能となり、７７．７ギガビット（約５００Ｇｂ／ｉｎ2）を超える高密度記録が可能な垂直磁気記録媒体及びこれを用いた磁気記憶装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による垂直磁気記録媒体の例を示す断面模式図。
【図２】飽和磁界Ｈｓと第二磁性層のＣｒ濃度との関係を示す図。
【図３】第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差と飽和磁界Ｈｓの関係を表す図。
【図４】磁化が一体で反転する場合と分離して反転する場合のカーループの典型的な例を表す図。
【図５】オーバーライトと第二磁性層のＣｒ濃度との関係を示す図。
【図６】第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差とオーバーライトの関係を表す図。
【図７】Ｓ／Ｎと第二磁性層のＣｒ濃度との関係を示す図。
【図８】第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差とＳ／Ｎの関係を表す図。
【図９】逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）と第二磁性層のＣｒ濃度との関係を示す図。
【図１０】結晶粒界にＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を含む実施例の第一磁性層の平面構造を透過電子顕微鏡で観察した観察像の模式図。
【図１１】結晶粒界に一種類の酸化物しか含まない比較例の第一磁性層の平面構造を透過電子顕微鏡で観察した観察像の模式図。
【図１２】本発明による垂直磁気記録媒体の例を示す断面模式図。
【図１３】磁気記憶装置の断面模式図。
【図１４】磁気ヘッドと磁気記録媒体の関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施例１］
図１に、本発明の垂直磁気記録媒体の一実施形態を表した断面模式図を示す。
本発明の垂直磁気記録媒体はインテバック株式会社製のスパッタリング装置（200Lean）を用いて形成した。すべてのプロセスチャンバを１×１０-5Ｐａ以下の真空度まで排気した後、基板を乗せたキャリアを各プロセスチャンバに移動させることにより順にプロセスを実施した。保護膜以外の層はＤＣマグネトロンスパッタにより形成した。
【００３６】
基板４１には直径６３．５ｍｍのガラス基板を用いた。基板４１上に、基板との密着性を高めるためにＮｉＴａ合金からなる膜厚３０ｎｍの下地層４２を形成した。ここでＮｉＴａ合金としては、Ｎｉ−３７．５at.%Ｔａを用いた。下地層４２は本発明の効果を得る上で必ずしも必要ないが、上記材料の他にＮｉ系合金、Ｃｏ系合金、Ａｌ系合金等が使用可能であり、複数の層から構成しても良い。例えば、ＡｌＴｉ合金、ＮｉＡｌ合金、ＣｏＴｉ合金、ＡｌＴａ合金などを用いることができる。
【００３７】
次に、軟磁性下地層４３は、ＦｅＣｏＴａＺｒ合金を薄いＲｕを介して積層した三層構造とした。ここでＦｅＣｏＴａＺｒ合金としては、５１at.%Ｆｅ−３４at.%Ｃｏ−１０at.%Ｔａ−５at.%Ｚｒを用いた。一層当りのＦｅＣｏＴａＺｒ合金の膜厚としては、１５ｎｍとし、Ｒｕ層の膜厚は１．２ｎｍとした。記録層の配向と偏析を制御する下地層４４は、膜厚４ｎｍのＮｉ−３７．５at.%Ｔａと膜厚８ｎｍのＮｉ−６at.%Ｗと膜厚１６ｎｍのＲｕ、厚１ｎｍのＲｕとＴｉ酸化物の膜を順次形成した構成とした。
【００３８】
下地層４４は、記録層の結晶配向性や結晶粒径を制御し、記録層の結晶粒間の交換結合の低減に重要な役割を果たす。下地層４４の膜厚、構成、材料は、上記効果が得られる範囲で設定すればよく、特に上記の膜厚、構成、材料に限定するものではない。
【００３９】
本実施例においては、下地層４４のＲｕ層を二層に分けて形成し、下層半分をガス圧１Ｐａ、製膜レート２ｎｍ／ｓ、上層半分をガス圧５．５Ｐａ、製膜レート２ｎｍ／ｓで形成した。ＲｕとＴｉ酸化物からなる膜は、Ｒｕ−１０at.%Ｔｉターゲットを用いて総ガス圧３Ｐａ、酸素濃度３％の雰囲気中で反応性スパッタにより形成した。
【００４０】
磁性層４５を第一磁性層４５１及び第二磁性層４５２の二層構造とした。第一磁性層４５１を形成する際にはＣｏＣｒＰｔ合金と、ＳｉＯ2とＴｉＯ2とＣｏ3Ｏ4の三種類の酸化物からなる複合型ターゲットでＣｒ濃度を変えた表１に示すターゲットを用い、製膜レート３ｎｍ／ｓで形成し、膜厚は５ｎｍとした。最初の１秒間はアルゴン酸素混合ガスの総ガス圧を５Ｐａ、酸素濃度は１．０％とし、残りの０．５秒間は総ガス圧を４Ｐａとし、アルゴンガスのみで形成した。基板バイアスを−３５０Ｖとした。Ｃｏ3Ｏ4はＳｉＯ2やＴｉＯ2と比較して不安定なため、スパッタの際に分解して酸素の供給源となり、スパッタガスとして供給される酸素の不均一性を補い、磁気特性の均一化に寄与する。
【００４１】
第二磁性層４５２を形成する際にはＣｏＣｒＰｔ合金とＳｉＯ2からなる複合型ターゲットでＣｒ濃度を変えた表１に示すターゲットを用いて形成し、膜厚は７．５ｎｍとした。スパッタ中にスパッタガス条件を変更して形成した。最初の１秒間はアルゴン酸素混合ガスの総ガス圧を１．５Ｐａ、酸素濃度は１０％とし、残りの１．５秒間は総ガス圧を０．８Ｐａとし、アルゴンガスのみで形成した。これにより、第二磁性層４５２の中の下層部分にはＣｒの酸化物が多く確認され、上層側ではＣｒの酸化物の割合が減少し、金属として存在する割合が増加する傾向が見られた。
【００４２】
酸化物を含まない強磁性金属層４６としては、膜厚２．５ｎｍの６６at.%Ｃｏ−１０at.%Ｃｒ−１４at.%Ｐｔ−１０at.%Ｂ合金を用い、スパッタガスとしてＡｒを用い、総ガス圧を０．６Ｐａとした。強磁性金属層４６には、このほかにＣｏＣｒ合金やＣｏＣｒ合金にＰｔ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｂなどを添加した材料を用いることができ、大まかには飽和磁化と膜厚の積を揃えることで同様の効果を得ることができる。ただし、膜厚が厚くなると分解能の劣化やヘッドから発生する記録磁界の低下を招くため、５ｎｍ以下とすると良い。
【００４３】
続いて、保護層４７として厚さ３．０ｎｍのＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）膜を形成した。その表面に有機系の潤滑剤を塗布して潤滑層を形成した。
【００４４】
磁性層の組成分析は、光電子分光法（ＸＰＳ）を用い、加速電圧５００Ｖのイオン銃でサンプル表面からスパッタして深さ方向に掘り進み、アルミニウムのＫα線をエックス線源として、長さ１．５ｍｍで幅０．１ｍｍの範囲を分析した。Ｃの１ｓ電子、Ｏの１ｓ電子、Ｓｉの２ｓ電子、Ｃｒの２ｐ電子、Ｃｏの２ｐ電子、Ｒｕの３ｄ電子、Ｐｔの４ｆ電子などのそれぞれに対応するエネルギー近傍のスペクトルを検出することにより各元素の含有率を求めた。磁性層のＣｒ濃度は、ＣｏとＣｒとＰｔの総量に対するＣｒの割合として求めた。Ｃｒ酸化物の量を求める際には、Ｃｒのスペクトルの化学シフトから金属のＣｒとＣｒ酸化物の割合を求めた。
【００４５】
磁気特性の評価は、室温においてカー効果測定装置を用いて行った。測定波長は３５０ｎｍ、レーザーのスポット径は約１ｍｍである。磁界は試料膜面垂直方向に印加し、最大磁界は１５９０ｋＡ／ｍ（約２０ｋＯｅ）とし、掃引速度一定で６０秒間でカーループの測定を行った。その後、保磁力（Ｈｃ）、飽和磁界（Ｈｓ）、逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）を求めた。磁界を０から１５９０ｋＡ／ｍ（約２０ｋＯｅ）と増加させた時に、Ｋｅｒｒ回転角が飽和値の９９％となるときの磁界として飽和磁界（Ｈｓ）を定義した。−ＨｎはＫｅｒｒ回転角が正に飽和した状態から磁界を下げた時に飽和値の９５％となるときの磁界とし、第二象限にある場合を正と定義した。この値が正で大きいほど熱安定性が良いことを示している。
【００４６】
記録再生特性評価には、周速１１ｍ／ｓ、スキュー角０度、磁気ヘッドの浮上量約３ｎｍの条件で、再生出力とノイズを測定した、媒体Ｓ／Ｎ（signal to noise ratio）は３３４６４ｆｒ／ｍｍ（フラックスローテンション／ｍｍ，約８５０ｋＦＣＩ）の線記録密度における再生出力と媒体ノイズの比によって評価した。記録性能の評価は、オーバーライト（ＯＷ）特性として、３３４６４ｆｒ／ｍｍの信号の上に６６９３ｆｒ／ｍｍ（１７０ｋＦＣＩ）の信号を重ね書きし、３３４６４ｆｒ／ｍｍの信号の消え残り成分と６６９３ｆｒ／ｍｍの信号強度比から求めた。
【００４７】
磁気ヘッドの再生部には、シールドギャップ長３０ｎｍ、トラック幅４０ｎｍのトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）を利用した再生素子を用いた。磁気ヘッドの記録部は、主磁極と補助磁極と薄膜導体コイルを有する単磁極型ヘッドの構造からなり、主磁極は主磁極ヨーク部と主磁極先端部からなり、主磁極先端部のトラック幅方向及びダウントラック方向を覆うようにシールドが形成されている（ラップアラウンドシールドヘッド）。主磁極先端部の幾何学的なトラック幅６０ｎｍ、主磁極−トレーリングシールド間の距離３０ｎｍ、主磁極−サイドシールド間距離１００ｎｍのヘッドを用いた。サンプル１−１から１−４２の第一磁性層４５１、第二磁性層４５２に含まれる各層のＣｒ濃度及びその差を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
図２に、磁性層４５と強磁性金属層４６からなる記録層の飽和磁界と第二磁性層４５２のＣｒ濃度の関係を示す。第一磁性層４５１のＣｒ濃度を一定として第二磁性層のＣｒ濃度を変化させた場合、第二磁性層４５２のＣｒ濃度の増加と伴に飽和磁界（Ｈｓ）が減少して最小値を取ったのち増加に転じることがわかる。飽和磁界（Ｈｓ）が極小値を取る前後のＣｒ濃度でのカーループの典型的な形状を図４に示す。
【００５０】
飽和磁界が極小値を取るＣｒ濃度より第二磁性層４５２のＣｒ濃度が低い場合（Case ２）には、カーループの形状から通常の各層の磁化が分離せずに反転していると考えられるが、飽和磁界が極小値を取るＣｒ濃度より第二磁性層４５２のＣｒ濃度が高い場合（Case １）には、カーループの形状から強磁性金属層４６と磁性層４５の磁化が分離して磁化反転が起こっていると考えられる。図２より磁化が分離して磁化反転しないためには少なくとも第二磁性層のＣｒ濃度が３２％以下であることが必要であることがわかる。
【００５１】
第二磁性層４５２のＣｒ濃度が高くなるにつれて第二磁性層４５２の持つ磁気異方性が小さくなることにより磁性層全体の磁気異方性は減少する。また、第二磁性層のＣｒ濃度の増加に伴う磁気異方性、飽和磁化の減少により強磁性金属層４６と第二磁性層４５２、第一磁性層４５１と第二磁性層４５２の間の層間の交換結合が減少し、インコヒーレントに磁化反転をしようとする傾向が増加すると考えられる。第二磁性層４５２に、強磁性金属層４６側のＣｒ酸化物の濃度が小さくなるような濃度勾配をつけることで、飽和磁化及び磁気異方性が強磁性金属層側で小さくなるような勾配ができるため、強磁性金属層と第二磁性層４５２の間の層間の結合がより小さくなる。飽和磁界が最小値をとるＣｒ濃度より低い側では第一磁性層から強磁性金属層までの磁性層は分離せずに一体として磁化反転をするが、第二磁性層のＣｒ濃度の増加に伴って強磁性金属と第二磁性層間の交換結合が減少する。このため、異方性磁界の小さな強磁性金属層の磁化反転が起きやすくなり、強磁性金属層の磁化が反転することをきっかけにして、層間の結合を介して次に異方性磁界の小さな第二磁性層の磁化反転がおこり、更に層間の結合を介して最も大きな異方性磁界を持つ第一磁性層４５１の磁化の反転を引き起こす。この効果により、各層の異方性磁界の平均値よりも小さな外部磁界で磁化反転がおこり飽和磁界が減少すると考えられる。
【００５２】
第一磁性層のＣｒ濃度が１０％以上の場合には、第二磁性層のＣｒ濃度が３２％を境に磁化反転の振る舞いが変化しているように見える。Ｃｒ濃度が３２％を超えると第二磁性層４５２の磁気異方性が急激に減少してほぼ非磁性の領域になり、強磁性金属層４６との間の交換結合が急激に減少して磁化反転が分離するためと考えられる。
【００５３】
第一磁性層４５１のＣｒ濃度が５％以下の場合には、第二磁性層のＣｒ濃度を２１％から増加させていくとＣｒ濃度が３２％より低い濃度でも飽和磁界（Ｈｓ）が増加に転じることが図２より分かる。図４に示すように、飽和磁界が極小値を取るＣｒ濃度より第二磁性層４５２のＣｒ濃度が低い場合には、図４のCase ２のようなカーループの形状を示し、通常の各層の磁化が分離せずに反転していると考えられる。一方、飽和磁界が極小値を取るＣｒ濃度より第二磁性層４５２のＣｒ濃度が高い場合には、図４のCase １のようなカーループの形状が得られ、各層の磁化が分離して磁化反転が起こっていると考えられる。これは、第二磁性層４５２と第一磁性層４５１の間に働く層間の交換結合エネルギーに比べて第一磁性層４５１の磁気異方性エネルギーが大き過ぎると、強磁性金属層４６が反転しても層間の相互作用により第一磁性層４５１の磁化を反転できないためと考えられる。十分な層間の交換結合を得るためには、磁気異方性の差を一定以下にする必要があると考えられ、図３より第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差を２５％以下にする必要がある。
【００５４】
第二磁性層のＣｒ濃度の増加と伴に飽和磁界が極小値を取った後に増加するのに対応して、図５、図６においてオーバーライト特性が大きく劣化する様子が見られる。つまり、十分な記録性能を維持するためには第二磁性層のＣｒ濃度を３２％以下とし、且つ、第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差を２５％以下とすることが必要であることがわかる。これにより、磁化の分離を抑えつつインコヒーレントな磁化反転を促進でき、高い記録性能を得ることができる。また、第二磁性層のＣｒ濃度が２３％より小さくなると、やはりオーバーライトが劣化することがわかる。これは、Ｃｒ濃度が低くなることで第二磁性層の磁気異方性と飽和磁化が大きくなり、強磁性金属層との層間の交換結合が強くなって、強磁性金属層のインコヒーレントな磁化反転が起きにくくなることと、異方性磁界の平均が大きくなることにより、飽和磁界が増加したことによると考えられる。
【００５５】
図７及び図８にＳ／Ｎを示す。図７、図８と図５、図６を比較することにより、磁化反転が分離してオーバーライト（ＯＷ）特性が劣化するのに対応してＳ／Ｎが急激に劣化することがわかる。これは、ＯＷ特性が劣化して十分な記録ができないことに加えて、強磁性金属層と酸化物を含む磁性層の磁化反転が分離することで分解能が急激に劣化するためである。
【００５６】
また、第二磁性層のＣｒ濃度が２３％より小さくなるとＳ／Ｎが急激に劣化する。これは、第二磁性性層のＣｒ濃度が２３％より低くなると、強磁性金属層との層間の交換結合が強くなって、強磁性金属層のインコヒーレントな磁化反転が起きにくくなることと、異方性磁界の平均が大きくなることによりＯＷ特性が劣化し十分な記録ができないためと考えられる。
【００５７】
図９に熱安定性の指標となる逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）を示す。図９より、高い熱安定性を得るためには、Ｃｒ濃度が低く磁気異方性の大きな材料を第一磁性層に用いることが効果的であることが分かる。−Ｈｎの値が１５９．２ｋＡ／ｍ（約２ｋＯｅ）より小さくなると、磁気記憶装置に組みこんだ際に６０℃以上の高温で信号の劣化（熱減磁）が顕著となり、記録した情報の消失が頻繁に起こり、実用上問題が生じる。実用上問題ない熱安定性を得るためには、少なくとも第一磁性層のＣｒ濃度を１７％以下とする必要があり、Ｃｒ濃度を１４％以下とすることにより第二磁性層のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下のすべての範囲で実用上問題ない熱安定性を得られることがわかる。一方、第一磁性層のＣｒ濃度が１７％より小さいサンプル１−３６から１−４２の場合には、実用上問題ない熱安定性を得ることができなかった。
【００５８】
以上の結果から、第二磁性層のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下とし、第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差を２５％以下にすることで記録性能とＳ／Ｎを改善でき、逆磁区核形成磁界を１５９．２ｋＡ／ｍ（約２ｋＯｅ）以上とすることで、磁気記憶装置に組み込んだ時にも実用上問題のない高い熱安定性が実現できる。
【００５９】
また、図７より第一磁性層のＣｒ濃度が５％より小さくなると、Ｓ／Ｎの最高値が大きく劣化することがわかる。これは、第一磁性層の磁性粒子（コア）の飽和磁化が非常に高いため、粒界形成が不十分な領域があると交換結合が強く働き磁気クラスターサイズが急激に大きくなるためと考えられる。つまり、第一磁性層のＣｒ濃度が５％より小さくなると微細構造の不均一性の影響を受けやすくなるため、Ｃｒ濃度は５％以上とすることが好ましい。
【００６０】
［実施例２］
本実施例の垂直磁気記録媒体は上述した実施例１と同様なスパッタリング装置で作製し、第一磁性層４５１、第二磁性層４５２以外は、実施例１と同様な層構成及びプロセス条件とした。比較のため、第一磁性層４５１を形成する際に一種類の酸化物だけを含むターゲットを用いたサンプル、酸化物を含まないターゲットを用いたサンプル、第二磁性層４５２を形成の際に酸化物を含まないターゲットを用いたサンプル、第一磁性層及び第二磁性層ともに酸化物を含まないターゲットを用いたサンプルを作製した。酸化物を含まないターゲットを用いた場合には、スパッタガスにアルゴンガスのみを用い、酸化物が形成されないようにした。表２にターゲット組成及び各層に含まれるＣｒ濃度を示す。ここで、第一磁性層のＣｒ濃度は１０at.%、第二磁性層のＣｒ濃度は２５at.%、第一磁性層と第二磁性層のＣｒ濃度の差は１５at.%であった。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
表２の実施例２−１から２−７より、第一磁性層を構成する酸化物としてＳｉＯ2とＴｉＯ2を用いた場合と同様に、ＳｉＯ2とＢ2Ｏ3、ＴｉＯ2とＢ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5とＢ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5とＢ2Ｏ3、ＳｉＯ2とＴａ2Ｏ5、ＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ5を用いても高い−Ｈｎ、ＯＷ、Ｓ／Ｎが得られることが分かる。また、第二磁性層を構成する酸化物としてＳｉＯ2の代わりに、ＴｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，Ｔａ2Ｏ5，Ｎｂ2Ｏ5，ＳｉＯ2とＴｉＯ2の混合酸化物のいずれを用いても高いＯＷ、Ｓ／Ｎが得られることが分かる。逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）も１５９．２ｋＡ／ｍ（約２ｋＯｅ）以上の高い値が得られ、熱安定性も問題ない。
【００６３】
Ｃｏ3Ｏ4がターゲットに含まれている実施例２−１と含まれていない実施例２−８を比較すると、Ｈｓ，Ｈｎなどの磁気特性はそれほど変わらないが、Ｓ／Ｎは実施例２−１の方が０．９ｄＢほど高い値を示している。これは、ターゲットにＣｏ3Ｏ4を用いている実施例２−１の方がディスク内での磁気特性の一様性が良く、これがＳＮＲ向上の要因と考えられる。
【００６４】
実施例のサンプルから第二磁性層と強磁性金属層を除いた構成のサンプルを作製し、第一磁性層の微細構造を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図１０に示すように、酸化物が強磁性結晶粒子を取り囲んで均一な粒界を形成し、サブグレインも少ないことが確認された。
【００６５】
一方、第一磁性層に一種類の酸化物しか含まない比較例２−１では、実施例のサンプルと比較して−Ｈｎ、Ｓ／Ｎの減少が見られた。比較例２−１のサンプルから第二磁性層と強磁性金属層を除いた構成のサンプルを作製し、第一磁性層の微細構造を透過型電子顕微鏡で観察したところ、図１１に示すように、Ｓｉ酸化物の粒界への偏析は見られるものの粒界幅の分散が大きく、磁性粒子内にもＳｉ酸化物が残ってサブグレインが多数形成されていることがわかった。Ｓｉ酸化物が強磁性粒子（コア）内に多く残りサブグレインを形成することで、磁気異方性の低下や反転磁界分散の増加が起こり、逆磁区核形成磁界やＳ／Ｎが劣化したと考えられる。
【００６６】
また、第一磁性層が酸化物を含まない比較例２−３では、−Ｈｎ、Ｓ／Ｎともに大幅に減少する。これは、粒界を構成する酸化物がなく強磁性粒子間の交換結合が非常に強いため磁気クラスターサイズが大きくなり、Ｓ／Ｎが大幅に劣化したと考えられる。また、交換結合が非常に強いために磁化反転が磁壁移動によって起こり、結果として−Ｈｎが非常に小さくなったと考えられる。
【００６７】
すなわち、Ｃｒ濃度が最も低い磁性層４５１にＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を選んで用いることで、粒界への酸化物の偏析を促進し、強磁性粒子間の交換結合が効果的に低減できることが分かった。
【００６８】
第二磁性層が酸化物を含まない比較例２−２と実施例２−１を比較すると、やはり−Ｈｎ、Ｓ／Ｎの劣化が見られる。粒界を構成する酸化物がないために、強磁性粒子間の交換結合がグラニュラー構造に比べて強く、磁気クラスターサイズが大きくなるためと考えられる。比較例２−２の場合は第二磁性層のＣｒ濃度が高く飽和磁化も小さいこと、第一磁性層がグラニュラー構造を有しその上に積層されていることにより、比較例２−３の第一磁性層に酸化物を含まない強磁性金属を用いた場合に比べて比較例２−２では交換結合の増加が小さく、Ｓ／Ｎの劣化は小さくなる。−Ｈｎの減少は、第二磁性層中のＣｒは酸素がないため粒界への偏析が殆ど起こらず磁気異方性が大幅に低下したためと考えられる。
【００６９】
以上の結果から、第一磁性層は酸化物が強磁性結晶粒子を取り囲んだグラニュラー構造を有し、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を用い、第二磁性層が酸化物を含むことが必要であることがわかる。
【００７０】
［実施例３］
本実施例の垂直磁気記録媒体は上述した実施例１と同様なスパッタリング装置で図１２に示す層構成の媒体を作製した。磁性層４５以外は実施例１と同様な材料及びプロセス条件とした。酸化物を含む磁性層４５は、磁性層４５３、磁性層４５４、磁性層４５５の三層構造とした。磁性層４５３、磁性層４５４、磁性層４５５を形成する際には表３に示すＣｏＣｒＰｔ合金と酸化物からなる複合型ターゲットを用い、３ｎｍ／ｓの製膜レートで表３に示す膜厚を形成した。
【００７１】
磁性層４５３を形成する際には、スパッタ中にスパッタガス条件を変更し、最後の０．５秒間以外はアルゴン酸素混合ガスの総ガス圧を５Ｐａ、酸素濃度は表３に示す値とし、残りの０．５秒間は総ガス圧を４Ｐａとしアルゴンガスのみとした。基板バイアスを−３５０Ｖとした。
【００７２】
磁性層４５４を形成する際には、総ガス圧を５Ｐａとし、アルゴン酸素混合ガスもしくはアルゴンガスを用いて形成した。酸素濃度は表３に示す値とし、基板バイアスを−３５０Ｖとした。
【００７３】
Ｃｏ3Ｏ4はＳｉＯ2やＴｉＯ2と比較して不安定なため、スパッタの際に分解して酸素の供給源となり、スパッタガスとして供給される酸素の不均一性を補い、磁気特性の均一化に寄与する。
【００７４】
磁性層４５５を形成する際には、スパッタ中にスパッタガス条件を変更し、最後の１秒間以外はアルゴン酸素混合ガスの総ガス圧を１．５Ｐａ、酸素濃度は表３に示す値とし、残りの１秒間は総ガス圧を０．８Ｐａとしアルゴンガスとした。
【００７５】
比較例３−５〜３−７のように酸化物を含まないターゲットを用いた場合には、スパッタガスにアルゴンガスのみを用い、酸化物が形成されないようにした。
【００７６】
各層のＣｒ濃度、膜厚、酸素濃度、Ｈｓ、−Ｈｎ、ＯＷ、Ｓ／Ｎを表３に示す。
【００７７】
【表３】
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【００７８】
実施例３−１〜３−３と比較例３−１〜３−２を比較することにより、酸化物を含む磁性層４５を三層構造とした場合も、強磁性金属層に隣接する磁性層４５５のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下とすることで高いＯＷとＳ／Ｎが得られることがわかる。
【００７９】
強磁性金属層に隣接する磁性層４５５のＣｒ濃度が２３％より小さくなると、ＯＷ及びＳ／Ｎが劣化する。これは、磁性層４５５のＣｒ濃度が２３％より低くなると、強磁性金属層との層間の交換結合が強くなって、強磁性金属層のインコヒーレントな磁化反転が起きにくくなることと、異方性磁界の平均が大きくなることによりＯＷ特性が劣化し十分な記録ができないことによりＳＮＲが劣化したと考えられる。
【００８０】
また、強磁性金属層に隣接する磁性層４５５のＣｒ濃度が３２％を超えると磁性層４５５の磁気異方性が急激に減少してほぼ非磁性の領域になり、強磁性金属層との間の交換結合が急激に減少する。この時カーループの形状は、図４のCase １で示すようなループとなっており、磁化反転が分離していると考えられる。磁化反転が分離すると、オーバーライト特性が劣化して十分な記録ができないことに加えて、強磁性金属層と酸化物を含む磁性層の磁化反転が分離してすることで分解能が急激に劣化し、ＳＮＲが大きく劣化する。磁性層４５５と強磁性金属層の磁化反転が分離しない範囲で強磁性金属層のインコヒーレントな磁化反転を実現するためには、磁性層４５５のＣｒ濃度は２３at.%以上３２at.%以下であることが必要であることが分かった。
【００８１】
また、実施例３−４，３−１１と比較例３−９を比較することにより、磁性層４５５のＣｒ濃度が同じ３２at.%であってもオーバーライトやＳ／Ｎに大きな差が見られることがわかる。実施例３−４では、カーループは図４のCase ２のような形状を示し各磁性層の磁化反転が一体で起こっていると考えられるのに対し、比較例３−９ではカーループが図４のCase １のような形状を示し、各層の磁化反転が分離していると考えられる。実施例３−４では、強磁性金属層の磁化反転が層間の交換結合を介してその直下の磁性層４５５の磁化反転を促し、続いて磁性層４５４と磁性層４５５の層間の交換結合を介してその下の磁性層４５４の磁化反転を促し、最後に磁性層４５３と磁性層４５４の層間の交換結合を介してその下の磁性層４５３の磁化反転が起こっていると考えられる。つまり、中間的なＣｒ濃度の層を間に挟むことで層間の交換結合を段階的に変化させることができるため、磁性層４５３と磁性層４５５のＣｒ濃度の差が２５％より大きくても磁化反転の分離を抑制できていると考えられる。
【００８２】
一方、比較例３−９では磁性層４５４と磁性層４５５の間のＣｒ濃度の差が２５at.%より大きいために、磁性層４５４と磁性層４５５の間に働く層間の交換結合エネルギーに比べて磁性層４５４の磁気異方性エネルギーが大きくなり、強磁性金属層と磁性層４５５の磁化が反転しても磁性層４５４と磁性層４５５の層間に働く相互作用により磁性層４５３の磁化を反転できず、磁化反転が分離したと考えられる。結果として、オーバーライトが劣化して十分な記録ができず、磁化反転が分離してすることで分解能が急激に劣化し、ＳＮＲが大きく劣化したと考えられる。
【００８３】
磁性層４５４と磁性層４５５の磁化反転が分離しないためには、磁性層４５４と磁性層４５５のＣｒ濃度の差を２５at.%以下とすれば良いことが分かった。
【００８４】
また、実施例３−１０と比較例３−３を比較することにより、磁性層４５４のＣｒ濃度が同じ３２at.%であってもオーバーライトやＳ／Ｎに大きな差が見られることがわかる。実施例３−１０では、図４のCase ２のような磁化反転が一体で起こっているカーループを示すのに対し、比較例３−３ではCase １のような磁化反転が分離していることを示すカーループとなった。比較例３−３では、磁性層４５３と磁性層４５４の間に働く層間の交換結合エネルギーに比べて磁性層４５３の磁気異方性エネルギーが大き過ぎるため、強磁性金属層４６、磁性層４５５、磁性層４５４の磁化が反転しても磁性層４５３と磁性層４５４の層間に働く相互作用により磁性層４５３の磁化を反転できず磁化反転に分離がおこったと考えられる。結果として、オーバーライトが劣化して十分な記録ができず、磁化反転が分離してすることで分解能が急激に劣化し、ＳＮＲが大きく劣化したと考えられる。磁性層４５３と磁性層４５４の磁化反転が分離しないためには、磁性層４５３と磁性層４５４のＣｒ濃度の差を２５at.%以下とすれば良いことが分かった。
【００８５】
また、比較例３−４のように磁性層４５４のＣｒ濃度が３５at.%と３２at.%より大きくなると、磁性層４５４の磁気異方性が急激に減少してほぼ非磁性となり、磁性層４５３や磁性層４５５との間の交換結合が急激に減少し、磁性層４５３と磁性層４５５の間で磁化反転に分離がおこる。結果として、Ｓ／Ｎやオーバーライトが劣化する。
【００８６】
つまり、酸化物を含む磁性層を三層以上積層する場合には、隣接する酸化物を含む磁性層のＣｒ濃度の差を２５at.%以下とし、強磁性金属層に隣接する酸化物を含む磁性層のＣｒ濃度を３２at.%以下とする事で、磁化反転が分離せず、且つ、インコヒーレントな磁化反転を促進できる適切な層間の交換結合を実現でき、高いＯＷとＳ／Ｎを得ることができることがわかった。
【００８７】
実施例３−５から３−９と比較例３−５〜３−７を比較することにより、磁性層４５３〜磁性層４５５が酸化物を含む磁性層とすることで、酸化物を含まない磁性層を用いた場合に比べて高いＳ／Ｎが得られ、逆磁区核形成磁界も大きくなることがわかる。つまり、磁性層４５３〜磁性層４５５は酸化物を含むことが必要であることがわかる。
【００８８】
次に比較例３−８と実施例３−５から３−９を比較することで、Ｃｒ濃度の最も低い磁性層４５３がＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から選ばれた少なくとも二種類の酸化物を含むことにより高いＳ／Ｎ及び逆磁区核形成磁界が得られることが分かる。Ｃｒ濃度の最も低い磁性層４５３に一種類の酸化物しか含まない比較例３−８では、実施例のサンプルと比較して逆磁区核形成磁界及びＳ／Ｎの減少が見られた。
【００８９】
実施例のサンプルから強磁性金属層４６、磁性層４５５、磁性層４５４を除いた構成のサンプルを作製し、磁性層４５３の微細構造を透過型電子顕微鏡で観察したところ、酸化物が強磁性結晶粒子を取り囲んで均一な粒界を形成し、サブグレインも少ない図１０に示すような構造を持つことが確認された。一方、比較例３−８のサンプルから強磁性金属層４６、磁性層４５５、磁性層４５４を除いた構成のサンプルを作製し、第一磁性層の微細構造を透過型電子顕微鏡で観察したところ、Ｓｉ酸化物の粒界への偏析は見られるものの粒界幅の分散が大きく、磁性粒子内にもＳｉ酸化物が残ってサブグレインが多数形成された図１１に示すような構造を持つことが確認された。Ｓｉ酸化物が強磁性粒子（コア）内に多く残りサブグレインを形成することで、磁気異方性の低下や反転磁界分散の増加が起こる。またＣｒ濃度が低いと飽和磁化が大きいため、粒界幅が狭い領域があると強磁性粒子間に強い相互作用が働きクラスターサイズの増加を招く。結果として、逆磁区核形成磁界やＳ／Ｎが劣化したと考えられる。
【００９０】
以上の結果から、Ｃｒ濃度が最も低い磁性層４５３にＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を選んで用いることで、粒界への酸化物の偏析が促進され、強磁性粒子間の交換結合が効果的に低減でき、高いＳ／Ｎと熱安定性を実現できることがわかった。
【００９１】
次に、実施例３−５から３−９と比較例３−５を比較すると、磁性層４５４は酸化物を含むことが必要であるが酸化物による差は殆ど見られないことがわかる。これは、磁性層４５４の下層に形成された磁性層４５３の成長段階でグラニュラー構造が形成されているため、磁性粒子と酸化物の分離が起こりやすく、酸化物の種類の影響が小さくなったと考えられる。
【００９２】
実施例３−１２より、必ずしも最もＣｒ濃度の低い層が酸化物を含む磁性層の中で最も基板側にある必要はないことがわかる。
【００９３】
実施例３−１〜３−１３のサンプルは全て逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）も１５９．２ｋＡ／ｍ（約２ｋＯｅ）以上であり、磁気記憶装置に組みこんだ際に６０℃以上の高温で信号の劣化（熱減磁）を抑えることができ、実用上問題が生じ無いことが確認できた。高い熱安定性を得るためには、Ｃｒ濃度が低く磁気異方性の大きな材料を用いることが効果的であり、最もＣｒ濃度低く磁気異方性の大きな磁性層のＣｒ濃度を１７at.%以下とすると良い。
【００９４】
比較例３−１０のように最もＣｒ濃度が低い磁性層のＣｒ濃度が３at.%とＣｒ濃度が５at.%より小さくなると、Ｓ／Ｎが大きく劣化している。これは、最もＣｒ濃度が低い磁性層の磁性粒子（コア）の飽和磁化が非常に高いため、粒界形成が不十分な領域があると交換結合が強く働き磁気クラスターサイズが急激に大きくなるためと考えられる。つまり、第一磁性層のＣｒ濃度が５％より小さくなると微細構造の不均一性の影響を受けやすくなるため、最もＣｒ濃度が低い磁性層のＣｒ濃度は５％以上とすることが好ましい。
【００９５】
以上の結果から、酸化物を含む磁性層を三層構成とし、強磁性金属層に隣接する磁性層４５５のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下、磁性層４５４のＣｒ濃度を３２％以下、且つ、隣接する磁性層とのＣｒ濃度の差を２５％以下とし、最もＣｒ濃度の低い磁性層を酸化物が強磁性粒子を取り囲んだグラニュラー構造とし、逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）も１５９．２ｋＡ／ｍ（約２ｋＯｅ）以上とすることで、高い記録性能（オーバーライト特性）、高いＳ／Ｎ、及び高い熱安定性が得られることが分かった。
【００９６】
また、最もＣｒ濃度の低い磁性層のＣｒ濃度を５at.%以上１７at.%以下とし、Ｃｒ濃度が最も低い磁性層にＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を選んで用いることで、サブグレインの発生を抑えて強磁性粒子間の交換結合が効果的に低減でき、高いＳ／Ｎ、及び高い熱安定性が得られることが分かった。
【００９７】
酸化物を含む磁性層を４層以上から構成する場合も、強磁性金属層に隣接する磁性層のＣｒ濃度を２３％以上３２％以下とし、Ｃｒ濃度が最も低い層と強磁性金属層に隣接する磁性層との間の磁性層において、Ｃｒ濃度を３２％以下とし、隣接する磁性層のＣｒ濃度の差を２５％以下とすることで、各磁性層の磁化反転の分離を抑えつつインコヒーレントな磁化反転を促進するために適当な層間の交換結合を実現し、高い記録性能を実現する。最もＣｒ濃度の低い磁性層を酸化物が強磁性粒子を取り囲んだグラニュラー構造とすることで高いＳ／Ｎを実現できる。
【００９８】
最もＣｒ濃度の低い磁性層のグラニュラー構造を構成する酸化物としてＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｔａ，Ｎｂの中から少なくとも二種類の酸化物を用いることで、サブグレインの発生を抑えて均一な粒界を形成できるため好ましい。最もＣｒ濃度の低い磁性層のＣｒ濃度が５at.%より小さくなると微細構造の不均一性の影響を大きく受けやすくなるため、５at.%以上とすることが望ましい。また、逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）も１５９．２ｋＡ／ｍ（２ｋＯｅ）以上とすることで高い熱安定性を実現する。最もＣｒ濃度の低い磁性層のＣｒ濃度を少なくとも１７at.%以下とすると良い。
【００９９】
上記条件を満たす構成とすることで、高い記録性能（オーバーライト特性）、高いＳ／Ｎ、及び高い熱安定性が得られる。例えば、磁性層を４層から構成した事以外は実施例３−１から３−１３と同じ条件、層構成とした表４に示す実施例３−１４，３−１５の構成でも上記性能が得られていることがわかる。磁性層は、基板に近い側から磁性層４５６、磁性層４５７、磁性層４５８、磁性層４５９とした。
【０１００】
【表４】
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【０１０１】
［実施例４］
本発明の一実施例である磁気記憶装置の断面模式図を図１３に示す。磁気記録媒体１０は上記実施例１〜３の媒体で構成され、この磁気記録媒体を駆動する駆動部１１と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド１２と、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動させる手段１３と、磁気ヘッドへの信号の入出力を行うための手段１４を有する。磁気ヘッド１２と磁気記録媒体１０の関係を図１４に示す。磁気ヘッドの浮上量を２ｎｍとし、再生部２０の再生素子２１にはトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）を使用しており、シールドギャップ長３０ｎｍ、トラック幅４０ｎｍである。記録部２２には主磁極２３、補助磁極２５、及び薄膜導体コイル２６を有し、主磁極２３の周りにラップアラウンドシールド２４が形成され、主磁極先端部の幾何学的なトラック幅６０ｎｍ、主磁極−トレーリングシールド間の距離３０ｎｍ、主磁極−サイドシールド間の距離１００ｎｍである。本発明の媒体を用いることにより、１ｃｍあたりのトラック密度を１１８１００トラック（３００ｋＴＰＩ）、１ｃｍあたりの線記録密度を６５７４８０ビット（１６７０ｋＢＰＩ）の条件で１平方センチあたり７７．７ギガビット（約５００Ｇｂ／ｉｎ2）での動作し、データの熱による消失も問題ないレベルであることが確認できた。
【０１０２】
記録ヘッドとしては、他にトラック幅方向のシールドのないシールドヘッドを用いることもできる。再生素子としては、他に巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）や、素子膜面垂直方向に電流を流す巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ）を用いることもできる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０：垂直磁気記録媒体、１１：磁気記録媒体駆動部、１２：磁気ヘッド、１３：磁気ヘッド駆動部、１４：信号処理系、２０：再生部、２１：再生素子、２２：記録部、２３：主磁極先端部、２４：ラップアラウンドシールド、２５：補助磁極、２６：薄膜導体コイル、４１：基板、４２：密着性を高めるための下地層、４３：軟磁性下地層、４４：配向と偏析を制御する下地層、４５：磁性層、４５１：第一磁性層、４５２：第二磁性層、４５３：磁性層、４５４：磁性層、４５５：磁性層、４６：強磁性金属層、４７：保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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