(57)【要約】【課題】低Ku層として用いる軟磁性層を、安定かつ高性能に作製することができ、磁化の熱的安定化と、磁気ヘッドでの書きこみの容易さ、SNRに関して、更なる向上を図った垂直磁気記録媒体とその製造方法を提供する。【解決手段】非磁性基体１上に、少なくとも非磁性下地層２、磁気記録層３、保護層４を順次形成してなる垂直磁気記録媒体において、磁気記録層は、垂直磁気異方性定数（Ku値）が相対的に小さな低Ku層（31）と、Ku値が相対的に大きな高Ku層（32）とからなり、低Ku層は、Co, Ni, Feのいずれかの金属またはそれらの合金を主体とする強磁性体に、窒素元素を添加した鉄族元素基微結晶構造からなる軟磁性薄膜であって、かつ面心立方格子または六方細密充填の結晶構造を有する薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を、面心立方格子構造の場合には(111)面、六方細密充填構造の場合には(002)面とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基体上に、少なくとも非磁性下地層、磁気記録層、保護層を順次形成してなる垂直磁気記録媒体において、
前記磁気記録層は、垂直磁気異方性定数（Ku値）が相対的に小さな低Ku層と、前記（Ku値）が相対的に大きな高Ku層とからなり、前記低Ku層は、Co, Ni, Feのいずれかの金属またはそれらの合金を主体とする強磁性体に、窒素元素を添加した鉄族元素基微結晶構造からなる軟磁性薄膜であって、かつ面心立方格子または六方細密充填の結晶構造を有する薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を、前記面心立方格子構造の場合には(111)面、前記六方細密充填構造の場合には(002)面としたことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、前記Ku値を1×105erg/cm3以下とした低Ku層と、前記Ku値を1×106erg/cm3以上とした高Ku層とからな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、前記低Ku層は、強磁性金属からなる結晶粒と、この結晶粒を磁気的に分離する非磁性粒界とからなり、前記非磁性粒界は主成分として非磁性酸化物を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項1ないし３のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記高Ku層は、Coを主成分とし、少なくともPtを添加し、かつ六方最密充填の結晶構造を有する合金薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を(002)面としたことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記高Ku層は、強磁性金属からなる結晶粒と、この結晶粒を磁気的に分離する非磁性粒界とからなり、前記非磁性粒界は主成分として非磁性酸化物を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記低Ku層の飽和磁化（Ms値）と前記高Ku層のMs値との比を、0.8〜1.2としたことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法であって、前記低Ku層は、窒素元素が化合された気体材料を含むスパッタガスを用いて、強磁性を示す材料をスパッタリングすることにより形成することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、垂直磁気記録媒体とその製造方法に関し、特にコンピュータの外部記憶装置を初めとする各種磁気記録装置に使用される垂直磁気記録媒体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録の高密度化を実現する技術として、従来の長手磁気記録方式に代えて、垂直磁気記録方式が注目されつつある。垂直磁気記録方式は、従来の長手磁気記録方式に比べて、高密度で高い熱安定性を有するとともに、高い保磁力の記録媒体にも十分書き込みが可能であるという利点があり、長手磁気記録方式の記録密度の限界を超えることが可能となるからである。
【０００３】
垂直磁気記録媒体は、情報を磁気記録層の膜面垂直方向の磁化の向きとして記録するため、磁化が膜面垂直方向に安定に保持される必要がある。そのため、垂直磁気記録媒体に用いられる磁気記録層では、垂直磁気異方性定数（Ku値）が高いことが要求される。現在検討されている垂直磁気記録媒体の磁気記録層のKu値は概ね1×106 erg/cm3以上である。
【０００４】
一軸的な磁気異方性をもつ磁性粒子において、磁化反転をさせるために必要な磁場の大きさは異方性磁界Hkと呼ばれ、一般にHkは飽和磁化MsとKu値とからHk=2Ku/Msと表される。したがって磁化反転を起こさせるためには、Hk以上の磁場が必要であり、その値はKu値に比例する。磁気記録媒体においては、Hkが高すぎると磁気ヘッドによる書きこみ時に磁化反転が不充分となり、正常な動作ができなくなるため、適度なHk値が必要とされる。
【０００５】
磁性粒子の集合体である磁気記録媒体においては、個々の磁性粒子のHk値と磁化容易軸の分布、及び磁性粒子間の磁気的な相互作用の強さ等によって平均的な磁化反転磁界が決定され、その値は保磁力Hcと呼ばれる。磁性粒子間の磁気的な相互作用が小さい場合にはHc値はHk値に近づく。
【０００６】
また、磁化反転に必要なエネルギー障壁Eは、磁化容易軸方向に印加された磁場をH、粒子の体積をVとして、E=KuV(1-H/Hk)2と表される。このエネルギー障壁Eが、熱エネルギーkBT (kBはボルツマン定数、Tは絶対温度)に対して十分に高くない場合、磁化は熱エネルギーの影響で反転してしまう。これは磁化の熱揺らぎ（もしくは熱擾乱）とよばれ、磁気記録媒体では情報の消失を意味することから、エネルギー障壁Eを決めるKuV値は比較的高い値を保持する必要がある。また磁化の熱揺らぎは、情報の消失には至らなくとも、記録されたビットが部分的に反転することによる逆磁区ノイズと呼ばれる媒体ノイズとしても表面化する。
【０００７】
なお、前記熱揺らぎの指標として、通常、KuV/kBT が用いられるが、この場合には、外部から磁場が印加されていないことが前提であり、磁場Hが印加された状態での熱揺らぎの指標は、前述のエネルギー障壁Eを用いた、KuV(1-H/Hk)2/kBTとなる。
【０００８】
さらに、媒体ノイズを低減し記録された情報信号の品質を向上する、すなわち信号対雑音比（SNR）を向上するためには、活性化粒径D=V/δ値(ここでδは磁気記録層の膜厚)を低下させる、すなわち磁化反転単位を小さくすることが必要である。磁化反転単位が小さい場合には微小な記録ビットを正しく書きこむことができ、SNRが向上する。そのため、垂直磁気記録媒体では、D値を小さくするための検討が数多くなされている。D値の低下のためには、磁気記録層の結晶粒径を小さくし、かつ結晶粒間の磁気的な相互作用を低減することが有効である。
【０００９】
以上のことから、SNRを向上させるためにD値を低下させた場合、V値が低下するため、磁化を安定に保持するために必要なエネルギー障壁Eの値を維持するためには高いKu値が必要となる。一方高いKu値を保持した場合、Hk値が増加、すなわち磁化反転に必要な磁場が増加するため、磁気ヘッドでの情報の書きこみが困難になっていく。すなわち、磁気記録媒体においては、1)SNRの向上、2)磁化の熱的安定化(逆磁区ノイズの低下)、3)磁気ヘッドでの書きこみの容易さの３つの要因を全て満足することは非常に困難であり、お互いにトレードオフの関係にある。
【００１０】
前記３要因のうち、SNRの向上と、磁化の熱的安定化とを両立させることを目的とした垂直磁気記録媒体として、異なるKu値を有する複数の磁気記録層を積層した、いわゆる機能分離型の磁気記録層を有する垂直磁気記録媒体が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【００１１】
特許文献１には、Ku値が高く磁化の熱的安定性が高い領域の層（上層）と、Ku値は少し低いが結晶粒間の磁気的な相互作用が小さくSNRの高い領域の層（下層）とを積層することで、磁化の熱的安定性が高くSNRが良好な媒体が作製できることが開示されている。なお、実施態様として、前記上層のKu値は2.5×106 erg/cm3〜5×106 erg/cm3とし、前記下層のKu値は1×106 erg/cm3〜2.5×106 erg/cm3とすることを開示している。
【００１２】
また、特許文献２にも、類似の技術思想が開示され、Ku値及び結晶配向性の異なる磁気記録層を積層し、同様な効果が得られることが開示されている。
【００１３】
しかしながら、前記特許文献１および特許文献２における前記開示事項は、SNRの向上と、磁化の熱的安定化との両立に関するものであり、磁気ヘッドでの書きこみの容易さに関しては、考慮されていない。
【００１４】
記録密度の増大に伴い、小さな記録ビットを安定に保持するためのD値の低下及び高いKu値の維持の要求は益々強くなっており、そのような媒体において磁気ヘッドでの書込みの容易さを確保することは非常に重要である。
【００１５】
上記のような点に鑑み、本発明者等は、磁化の熱的安定化と磁気ヘッドでの書きこみの容易さの両立を図り、さらに、SNRの向上も図った垂直磁気記録媒体を提供することを目的として、特許文献３に記載された発明を出願している。
【００１６】
前記特許文献３に記載された発明の要旨は、以下のとおりである。即ち、「非磁性基体上に、少なくとも非磁性下地層、磁気記録層、保護層を順次形成してなる垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、垂直磁気異方性定数（Ku値）を1×105erg/cm3以下とした低Ku層と、前記Ku値を1×106erg/cm3以上とした高Ku層とからなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。」である。
【００１７】
前記構成によれば、磁化の熱的安定化と磁気ヘッドでの書きこみの容易さの両立を図ることができる。その作用に関して以下に述べる。低Ku層と高Ku層とからなる前記２層構造の磁気記録層において、磁化は膜厚方向に磁気的に結合し一斉磁化反転を起こすと仮定する。近似的にKu値の低い層のKu値を無視すると、積層した膜全体のKu値は膜厚が増加した分低下するが、Ku値の低い領域もMs値を保持していることから膜全体のMs値は大きくは変化せず、したがって、前記Hk=2Ku/Msから明らかなように、実効的にHk値は低下して磁化反転は容易になる。
【００１８】
一方、エネルギー障壁E=KuV(1-H/Hk)2を考えると、V値は膜全体の体積とみなすことができるため、積層した膜全体のKuV値は、Kuの高い領域のみのときのKuV値より大きくなる。ここで上述の通りHk値が低下することから、外部印加磁場Hが比較的低い場合に限られるものの、エネルギー障壁の低下の度合いを小さく抑えることが可能になる。すなわち、磁化の安定性と磁気ヘッドでの書きこみ易さを両立させた媒体が作製しやすくなる。
【００１９】
前記特許文献３に記載された発明によれば、磁化の熱的安定化と、磁気ヘッドでの書きこみの容易さ、特に後述するオーバーライト特性の向上を図り、さらに、SNRの向上を図った垂直磁気記録媒体が提供できる。なお、前記オーバーライト（overwrite）とは、もともと記録されていた信号を消去せずに、新たな信号により重ねがきすることである。磁気記録装置は、データの重ね書きにおいて、元のデータの消し残りがあると誤りの原因となる。オーバーライト特性とは、一般的には、元信号に後信号を重ね書きした際の元信号の減衰の割合で重ね書きの性能を表す。
【００２０】
なお、下記特許文献１〜５の内、特許文献４および５に関しては、説明の便宜上、後述する「課題を解決するための手段」の項において、本発明と比較して述べる。
【特許文献１】特開平１１−２９６８３３号公報
【特許文献２】特開２０００−７６６３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２２２６７５号公報
【特許文献４】特開２００３−１３２５３２号公報
【特許文献５】特開２００３−１７８４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前記特許文献３に記載されたような垂直磁気記録媒体において重要な点は、積層した二層の記録層について、高Ku層と低Ku層の物性値(垂直磁気異方性Ku、飽和磁化Ms)を正確に制御することである。高Ku層に関しては、その組成や層構成により適切に調整できる。一方、低Ku層として用いている軟磁性層は、その軟磁気特性が、組成や層構成だけではなく、成膜プロセスによって変化すると考えられる結晶粒径や歪みによっても大きく変化するため、物性値の制御が困難である。また、十分な媒体特性を得るには、活性化粒径D値を低減することが重要な課題である。
【００２２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、低Ku層として用いる軟磁性層を、安定かつ高性能に作製することができ、磁化の熱的安定化と、磁気ヘッドでの書きこみの容易さ、SNRに関して、更なる向上を図った垂直磁気記録媒体とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題は、以下により達成される。即ち、非磁性基体上に、少なくとも非磁性下地層、磁気記録層、保護層を順次形成してなる垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、垂直磁気異方性定数（Ku値）が相対的に小さな低Ku層と、前記（Ku値）が相対的に大きな高Ku層とからなり、前記低Ku層は、Co, Ni, Feのいずれかの金属またはそれらの合金を主体とする強磁性体に、窒素元素を添加した鉄族元素基微結晶構造からなる軟磁性薄膜であって、かつ面心立方格子または六方細密充填の結晶構造を有する薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を、前記面心立方格子構造の場合には(111)面、前記六方細密充填構造の場合には(002)面としたことを特徴とする（請求項１）。
【００２４】
また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし６の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、前記（Ku値）を1×105erg/cm3以下とした低Ku層と、前記Ku値を1×106erg/cm3以上とした高Ku層とからなることを特徴とする（請求項２）。また、前記請求項１又は２に記載の垂直磁気記録媒体において、前記低Ku層は、強磁性金属からなる結晶粒と、この結晶粒を磁気的に分離する非磁性粒界とからなり、前記非磁性粒界は主成分として非磁性酸化物を含むことを特徴とする（請求項３）。
【００２５】
また、前記請求項1ないし３のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記高Ku層は、Coを主成分とし、少なくともPtを添加し、かつ六方最密充填の結晶構造を有する合金薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を(002)面としたことを特徴とする（請求項４）。さらに、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記高Ku層は、強磁性金属からなる結晶粒と、この結晶粒を磁気的に分離する非磁性粒界とからなり、前記非磁性粒界は主成分として非磁性酸化物を含むことを特徴とする（請求項５）。また、前記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記低Ku層の飽和磁化（Ms値）と前記高Ku層のMs値との比を、0.8〜1.2としたことを特徴とする（請求項６）。
【００２６】
垂直磁気記録媒体の製造方法の発明としては、下記請求項７の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法であって、前記低Ku層は、窒素元素が化合された気体材料を含むスパッタガスを用いて、強磁性を示す材料をスパッタリングすることにより形成することを特徴とする（請求項７）。
【００２７】
次に、前記発明の作用効果について述べる。また、本発明と比較的類似する技術を開示する前記特許文献４および５に記載された発明との相違についても併せて述べる。前記請求項１の発明によれば、後に詳述するように、低Ku層として用いている軟磁性層の、KuやMsなどの物性値の制御が添加する窒素量で制御でき、また、添加窒素量に対して、結晶粒径（活性化粒径）も低減することができる。その作用に関して以下に述べる。
【００２８】
ところで、磁気記録媒体には、従来、FeNi系合金（パーマロイ）やFeAlSi系合金（センダスト）などの軟磁性膜が磁気記録ヘッド用材料として用いられ、また近年では、垂直磁気記録媒体において、高密度かつ高効率で記録再生するために、基板と磁性記録膜との間に、裏打ち層としての軟磁性膜が用いられている。
【００２９】
以下に、代表的な軟磁性材料について記載する。
（1）真空製膜や電気メッキで形成されるFeNi系合金。
（2）真空製膜で形成されるFeAlSi系合金。
（3）強磁性体（鉄、ニッケルまたはコバルト）に、炭素（C）、珪素（Si）、硼素（B）、窒素（N）及び燐（P）に代表される「メタロイド元素」を添加した鉄族元素基微結晶構造からなる軟磁性膜（特許文献４参照）。
（4）軟磁性体（CoZr基合金）に窒素（N）を添加した軟磁性膜（特許文献５参照）。
（5）FeAlOのようなグラニュラ構造からなる軟磁性膜。
（6）Fe/CあるいはFe/SiO2 のような積層構造からなる軟磁性膜。
【００３０】
なお、上記特許文献４には、「水素と上記メタロイド元素とが化合された気体材料を含むスパッタガスを用いて、強磁性を示す材料をスパッタリングすることにより、軟磁性膜を形成すること」が開示されている。また、上記特許文献５には「アルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを用いた反応性スパッタリング法により、基板と磁気記録層との間に窒素を含有する軟磁性層を成膜することによって低ノイズの垂直磁気記録媒体を得る」旨が開示されている。
【００３１】
本発明における低Ku層の軟磁性膜として用いた材料は、後述するように、上記の(3)に属し、Co, Ni, Feのいずれかの金属またはそれらの合金を主体とする強磁性体材料を、窒素元素が化合された気体材料を含むスパッタガスを用いて形成したものである。本発明において用いる強磁性体材料は、特許文献４の発明のそれと類似するが、本発明は、「窒素を添加した軟磁性層を成膜する」点において、一見、特許文献５と最も類似すると考えるので、本発明と特許文献５の発明との相違点に関して以下に詳述し、ひいては、本発明の作用効果について詳述する。
【００３２】
特許文献５の軟磁性層の場合、その構造をアモルファスにすることを目的としているが、本発明の軟磁性層は結晶構造を有する点で基本的な相違がある。本発明においては、軟磁性層である低Ku層も、磁気記録層として磁化反転を担うことになるので、結晶構造（面心立方構造または六方細密充填構造）を有することが前提条件である。特許文献５のようなアモルファスの場合、このような磁化反転を制御することはできない。
【００３３】
上記基本的相違は、本発明における軟磁性層(低Ku層)と、特許文献５における軟磁性層（軟磁性裏打ち層）とは、そもそも目的とする機能が全く異なっていることによる。特許文献５に用いられる軟磁性裏打ち層が必要とされる機能は、記録時にヘッドの記録部からの記録磁束を有効に記録層方向へ集中させることである。また、軟磁性裏打ち層における磁化の向きは、基板面内方向に向いており、ヘッドと軟磁性裏打ち層との間は、一種の磁気回路のようになっている。垂直磁気記録媒体において、このような軟磁性裏打ち層を設けることにより、記録分解能の向上、および再生出力の増大といった役割を担う。
【００３４】
これに対して、本発明における低Ku層は、軟磁性裏打ち層とは全くことなり、高Ku層とともに、実際に情報を記録する記録層として機能するものである。また、低Ku層における磁化の向きは、垂直記録媒体として重要であり、膜面に垂直方向に向いていることからも、軟磁性裏打ち層とは大きく異なる。
【００３５】
次に、本発明と特許文献５の発明との相違点として、「窒素添加が有効となる理由」の相違点について述べる。特許文献５の発明において窒素添加が有効となる理由は、特許文献５の明細書の段落[0012]の記載を引用すれば、「軟磁性層中に窒素を導入することにより、軟磁性層中の粒子間の交換結合力が低下するため、ネール磁壁が安定する。即ち、交換結合力を制御している点」である。これに対して、本発明において窒素を添加する目的は、窒素添加量の増加にともなう結晶粒の微細化により軟磁気特性を誘導していることである。具体的には、スパッタにより膜を形成する際に、ArなどのスパッタガスにNを添加することにより、形成される膜の結晶粒径が微細化される。
【００３６】
一方、強磁性体の結晶粒径(D)を小さくしていくと、最初はDに反比例して保磁力が大きくなるが、あるサイズ以下(α-Feの場合は約40 nm)以下になると、逆にD6に比例して保磁力が急激に小さくなる。この現象は、ナノ結晶粒子間に働く交換相互作用のため結晶磁気異方性が平均化され、見かけ上小さくなるためであると考えられる。この作用を利用すると、α-Feの様な結晶磁気異方性の比較的大きな材料でも、優れた軟磁気特性を実現することができる。また、垂直磁気異方性定数（Ku値）および、飽和磁化Ms値は、窒素添加量に対してほぼ直線的に減少するので、窒素添加量を最適化することにより、それぞれの値を制御できる。
【００３７】
また、特許文献５において、「窒素添加による垂直磁気異方性の制御」とは、磁壁構造を制御する、即ち、垂直磁気異方性の発生を抑制することを指しているが、本発明においては、軟磁性層は記録層として磁化反転を担うので、結晶構造を有することが重要、すなわち、ある方向に必ず垂直磁気異方性を有するように制御することを指している。即ち、窒素添加で垂直異方性の発生を抑制している訳ではない。
【００３８】
さらに、前述のように、軟磁性層を付与する目的が、そもそも特許文献５の発明と本発明とでは異なる、即ち、前者は軟磁性裏打ち層として用い、後者は、記録層の一部（低Ku層）として用いているので、それぞれ所望の膜厚も異なっている。特許文献５で用いられる軟磁性裏打ち層は、前述のように、これらを設けることにより記録分解能の向上、および再生出力の増大といった役割を担うため、ある程度の厚い膜厚が必要となる。具体的には、特許文献５の段落[0017]に記載されたように、「軟磁性層の膜厚は50nm以上であることが好ましい。さらに好ましくは80nm以上であり、特に好ましくは100nm以上である」。
【００３９】
これに対して、本発明においては、後述するように磁気記録層全体の膜厚が30 nm以上の場合、膜厚方向に一斉磁化反転が生じにくくなるため適当ではない。さらに、磁気ヘッドから発生する磁場を効率的に印加するためには、磁気記録層全体の膜厚は15 nm以下と薄いことが望ましい。即ち、本発明に用いる軟磁性層(低Ku層)膜厚は、30nm以下であり、少なくとも、軟磁性裏打ち層として最低限必要とされる50nmよりも薄い膜厚が好ましい。
【００４０】
上記のように、請求項１に係る本発明によれば、低Ku層として用いている軟磁性層の、KuやMsなどの物性値の制御が添加する窒素量で制御でき、また、添加窒素量に対して、結晶粒径（活性化粒径）も低減することができるので、媒体特性の更なる改善を図ることができ、また低Ku層として用いている軟磁性層を、安定かつ高性能に作製することができる。
【００４１】
なお、前記請求項２ないし６の実施態様の発明の作用効果に関しては、前記特許文献３にも記載されたとおりであるが、要点は下記のとおりである。前記請求項３または５の発明に係る「非磁性粒界を形成する構成」は、SNR向上の観点から好ましい。また、前記請求項４の構成は、その組成や層構成を適切に調整することで高いKuが得られるので、前記高Ku層を形成するのに好ましい。さらに、本発明は、Ku値の異なる複数の磁気記録層を積層して一斉磁化反転を生じさせるものであるが、各々の磁気記録層の飽和磁化Ms値が大幅に異なっている場合、界面において漏洩磁場が生じ反磁場として作用することで、必要以上に磁化反転し易くなる。これを防ぐ観点から、前記請求項６の発明が好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
この発明によれば、低Ku層として用いる軟磁性層を、安定かつ高性能に作製することができ、磁化の熱的安定化と、磁気ヘッドでの書きこみの容易さ、SNRに関して更なる向上を図った垂直磁気記録媒体とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、この発明の実施形態に関して、図１に基いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る垂直磁気記録媒体の模式的断面図である。
【００４４】
図１に示す本発明の垂直磁気記録媒体は、非磁性基体１上に少なくとも非磁性下地層２、磁気記録層３及び保護層としての保護膜４が順に形成された構造を有する。なお、非磁性下地層２と非磁性基体１との間に、非磁性下地層２の結晶配向性や結晶粒径の制御の目的でシード層等を付与しても、本発明の効果は変わらず発揮される。また、非磁性下地層２と非磁性基体１との間に、一般に裏打層と呼ばれる、記録再生感度を向上させるための比較的厚い（数100nm程度の）軟磁性層を付与した場合でも、同様である。さらに、保護膜４の上にパーフルオロポリエーテルなどの液体潤滑剤を塗布してもよい。
【００４５】
前記非磁性基体１としては、通常の磁気記録媒体用に用いられる、NiPメッキを施したAl合金や化学強化ガラス、結晶化ガラス等を用いることができる。
【００４６】
非磁性下地層２は、その上に形成される磁気記録層３の結晶粒径、粒界偏析構造及び結晶配向性を適切に制御するために用いられるものであり、その材料や膜厚に特に制限はない。例えば、Crを30at％程度以上含むCo合金や、Ti、Ru、Pt、などの金属、または、それらを含む合金からなる、膜厚3nmから30nm程度の薄膜を使用することができる。
【００４７】
保護膜４としては、例えばカーボンを主体とする薄膜が用いられる。
【００４８】
次に、磁気記録層３について述べる。磁気記録層３は、前述のように、垂直磁気異方性定数（Ku値）が小さな低Ku領域３１の層と、前記Ku値が大きな高Ku領域３２の層とからなる。低Ku領域３１と、高Ku領域３２の積層順番に制限はないが、磁気ヘッドから発生する磁場を高Ku領域３２に効率的に印加するためには、図1に示すように、非磁性下地層２上に低Ku領域３１、高Ku領域３２の順に積層することが望ましい。また、良好な媒体特性を得るには、前記低Ku層のKu値を1×105erg/cm3以下、前記高Ku層のKu値を1×106erg/cm3以上とすることが特に望ましい。
【００４９】
また、それぞれの領域の膜厚についても特に制限はないが、磁気記録層全体の膜厚が30 nm以上の場合、膜厚方向に一斉磁化反転が生じにくくなるため適当ではない。さらに、磁気ヘッドから発生する磁場を効率的に印加するためには、磁気記録層全体の膜厚は15 nm以下と薄いことが望ましい。低Ku領域３１と高Ku領域３２との膜厚比を変化させることで、磁化反転のし易さと磁化の熱的安定性の度合いを制御することができるため、使用する磁気ヘッドや温度に応じて両者の膜厚比を決定することが望ましい。
【００５０】
上記のような層構成で高密度化に適した垂直磁気記録媒体を得るためには、高Ku領域３２として、前述のように、Coを主成分とし、少なくともPtを添加し、かつ六方最密充填（hcp） の結晶構造を有する合金薄膜を用い、この膜面に平行な優先結晶配向面を(002)面とすることが望ましい。
【００５１】
また、SNRを向上させるためには、hcp構造を有するCoPt系磁気記録層において、CrやTa、B等の非磁性金属を添加し非磁性粒界の形成を促進する方法もあるが、前述のように、酸化物を主体とする非磁性粒界を形成することが、結晶粒間の磁気的な相互作用を有効に低減させてSNR向上を図るために望ましい。前記非磁性酸化物としては、例えば、公知のSiO2 や、その他Cr2O3 , MgO , ZrO2 などを用いることができる。
【００５２】
また、本発明の低Ku領域の形成は、Co, Ni, Feのいずれかの金属またはそれらの合金を主体とする強磁性体を、窒素元素が化合された気体材料を含むスパッタガスを用いてスパッタリングすることで得ることが出来る。用いる強磁性材料には特に制限は無いが、Co, Ni, Feからなる合金に20 at%以下のCrおよびPt、そして10at%以下のNb, Mo, Cu等を添加した材料などが好適である。
【００５３】
一方、これら材料をスパッタリングする際に用いるスパッタガスに関しては、一般的に用いられているAr（アルゴン）、Xe（キセノン）, Kr（クリプトン）ガスに、窒素ガスを適量添加したものを用いる。これら添加する窒素元素の量は、使用する強磁性材料により異なるため、その強磁性材料毎に決定することが望ましい。また、これらスパッタガスの導入方法に特に制限はないが、真空成膜容器に均一にスパッタガスが導入されることが望ましい。
【００５４】
さらにまた、低Ku層は、面心立方格子(fcc)または六方細密充填(hcp)の結晶構造を有する金属または合金薄膜からなり、この膜面に平行な優先結晶配向面を、前者では(111)面、後者では(002) 面とすることが好ましい。前記、fcc構造では(111)面を、また後記、hcp構造では(002)面を膜面に平行に配向させることで、その上に高Ku領域３２として上述の磁気記録層を成膜する際の結晶配向を適切に制御することができる。
【００５５】
ここで、上記の方法で形成した低Ku領域３１は、窒素元素を添加しているため、前述の特許文献３に記載された発明の低Ku領域よりも、結晶粒径（活性化粒径）は低減される。更に、結晶粒間の相互作用を低下させることがSNRの向上のために望ましいが、この場合、酸化物を主体とする非磁性粒界を形成することが望ましい。
【００５６】
また、本発明はKuの異なる複数の磁気記録層を積層して一斉磁化反転を生じさせるものであるが、各々の磁気記録層の飽和磁化Ms値が大幅に異なっている場合、界面において漏洩磁束が生じるため、これを防ぐためにはMsの比を0.8から1.2の間とすることが望ましい。
【実施例】
【００５７】
次に、図１〜３に基づき、本発明の実施例について比較例と共に述べる。まず、実施例１〜４および比較例１〜２について述べる。なお、以後の説明において、圧力をTorrの単位で表記した場合、これをＳＩ単位であるＰａ(パスカル)に変換する場合には、１Torr＝１３３Ｐａにより換算すればよい（以下において、概ね併記して示す）。また、磁界をＯｅ（エルステッド）の単位で表記する場合があるが、これをＳＩ単位であるＡ／ｍ(アンペア毎メートル)に変換する場合には、１Ｏｅ＝７９．５８Ａ／ｍにより換算すればよい。さらに、Ku値は、erg/cm3の単位で表記したが、これをＳＩ単位であるJ/m3 に変換する場合には、１erg/cm3（erg/cc）＝0.1 J/m3 により換算すればよい。
【００５８】
（実施例１）
非磁性基体として、2.5インチディスク形状の化学強化ガラス基板を用い、これを洗浄後スパッタ装置内に導入し、Arガス圧2.66 Pa ( 20 mTorr )下で、膜厚20 nmのRuからなる非磁性下地層をDCマグネトロンスパッタ法により形成した。次に、スパッタガスとして、90mol%Ar-10mol%N2を用い、成膜時のArガス圧を0.67 Pa ( 5 mTorr)とし、90mol%(70Co-20Cr-10Pt)-10mol%SiO2 (括弧内の数字はat% , 以下同じ)ターゲットを用いて、RFマグネトロンスパッタ法により形成した。なお、低Ku層の膜厚は特に限定されるものではないが、ここでは膜厚を10 nmとした。
【００５９】
引き続いて、Arガス圧0.67 Pa ( 5 mTorr )下で、90mol% ( 85Co-15Pt ) - 10mol%SiO2ターゲットを用いて、RFマグネトロンスパッタ法により高Ku領域を形成した。なお、高Ku層の膜厚は特に限定されるものではないが、ここでは10 nmに固定した。また、その他の各領域の膜厚についても特に制限はないが、磁気記録層全体の膜厚が30 nm以上の場合、膜厚方向に一斉磁化反転が生じにくくなるため適当ではないので、30 nm以下とした。さらに、磁気ヘッドから発生する磁場を効率的に印加するためには、磁気記録層全体の膜厚は15 nm以下と薄いことが望ましい。
【００６０】
引き続いて、DCマグネトロンスパッタ法によりカーボン保護層10 nmを積層した後、真空中から取り出し、図１に示すような構成の磁気記録媒体を作製した。
【００６１】
（実施例２）
低Ku領域の形成において、スパッタガスに70mol%Ar-30mol%N2を用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００６２】
（実施例３）
低Ku領域の形成において、スパッタガスに50mol%Ar-50mol%N2を用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００６３】
（実施例４）
低Ku領域の形成において、スパッタガスに30mol%Ar-70mol%N2を用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００６４】
（比較例１）
低Ku領域の形成において、スパッタガスにpure-Arを用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００６５】
（比較例２）
低Ku領域の形成において、スパッタガスにpure-N2を用いた以外は、実施例1と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００６６】
上述の実施例１〜４および比較例１〜２に記載の作製方法に基づき形成した、膜厚10 nmの低Ku層の単層膜について、磁気トルクメータを用いて反磁界エネルギーを補正してKu値を求めた結果、ならびに結晶粒径の測定結果を図２に示す。図２によれば、Pure-Arで低Ku層を形成した比較例１においては、低Ku層として形成した膜が強磁性であるため、単層媒体の保磁力Hcは7.2 kOeと非常に大きく、また、そのKuの値も3.2×106 erg/cm3と大きいものであった。
【００６７】
一方、実施例１〜４および比較例２では、スパッタガスに添加する窒素量を増やすことにより、形成した低Ku層における結晶粒径の低減に伴った保磁力Hcの大きな低下が見られた。また、特に70mol%Ar-30mol%N2以上の窒素元素を添加したスパッタガスを用いた実施例２〜４、および比較例２においては、単層膜が軟磁気特性を有していることを確認した。一方、垂直磁気異方性Ku値に関しても、図２に示したように、添加する窒素量の増加に伴って低減し、例えば、良好な軟磁気特性を示している実施例３においては、そのKu値は6.6×104 erg/cm3となり、所望のKu値を得ることができる。
【００６８】
しかしながら、今回、低Ku層として用いた材料において、純窒素で形成した比較例２の単層膜はアモルファスとなり、本発明に必要な配向を得ることができなかった。従って、図２における比較例２の結晶粒径の欄は、「−」と表示した。
【００６９】
また、結晶粒径についてであるが、スパッタガスをAｒガスのみで作製した比較例1では、7.2nmであった。そして、添加する窒素濃度が増加するに従って、結晶粒径は減少し、例えば50mol%Ar-50mol%N2のスパッタガスで作製した実施例３では、その結晶粒径の値は3.8nmまで減少している。
【００７０】
上記のように、本発明に基づき、スパッタガスに添加する窒素元素の量をコントロールすることにより、低Ku層のKu値を制御することができる。なお、低Ku層の形成に用いる強磁性材料の組成によって、スパッタガス中の窒素元素量に対するKu値の変化が異なるため、使用する強磁性ターゲット材料毎に、添加窒素量を最適化することが好ましい。
【００７１】
次に、本発明を用いて作製した垂直媒体の電磁変換特性の評価を行った。この結果について図３により述べる。まず、本発明の代表例として、実施例３について電磁変換特性を評価した。また、以下に示す方法で作製した実施例５および比較例３についても、同様にして電磁変換特性の評価を行った。電磁変換特性の評価には、スピンスタンドテスターと垂直磁気記録用のシングルポールタイプヘッド（書き込みトラック幅0.25μm）を用いて、オーバーライト特性および、信号対雑音比SNRの評価を行い、その結果を図３に示した。また、評価したオーバーライト値は、336 kFCI （kilo Flux Change per Inch）で記録した信号上に45 kFCI の信号を上書きしたものである。更に、SNR値も336 kFCIにおける測定値を示した。そして、電磁変換特性を評価した各媒体の、低Ku層のみの単層膜のKu値も同様に図３に示した。
【００７２】
（実施例５）
低Ku領域の形成に関して、実施例３で用いた90mol%(70Co-20Cr-10Pt)-10mol%SiO2において、SiO2を添加していない100mol%(70Co-20Cr-10Pt)をターゲット材として用いた以外は、実施例３と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００７３】
（比較例３）
低Ku領域の形成に関して、前述の特許文献３に記載の垂直磁気記録媒体の低Ku層材料として用いた90mol%(78Ni-18Fe-4Mo)-10mol%SiO2をターゲット材として用いた以外は、実施例３と同様にして、垂直磁気記録媒体を作製した。
【００７４】
図３によれば、各垂直媒体の低Ku層単層膜におけるKu値は、いずれも1×105erg/cm3以下であり、所望の物性値が得られている。また、オーバーライト値(O/W)についても、本発明の層構成の特徴である、書き込み易さの向上を反映して、全て40dB以上となり、実用に十分な値となっている。一方、SNR値についてであるが、比較例３と実施例３とを比較した場合、SNR向上のために両者、結晶粒間の磁気的な分離を促進させる目的でSiO2を添加しているが、本発明である実施例３においては、窒素元素を添加することにより、更に結晶粒径（活性化粒径）が低減されているため、SNR値が比較例３と比べて1.2 dB向上していることがわかる。また、実施例５についても、低Ku層に用いた強磁性材料にSiO2は添加していないが、同じく窒素元素を添加することにより結晶粒径（活性化粒径）を低減されるため、比較例３と比べてSNR値が0.3 dB向上している。
【００７５】
以上説明したように、本発明によれば、磁化の熱的安定化と磁気ヘッドでの書きこみの容易さの両立を図り、さらに、SNRの向上も図った垂直磁気記録媒体が作製できる。また、本発明における低Ku層に用いる軟磁性層は、鉄族の金属またはそれらからなる合金の強磁性材料を、窒素元素を添加したスパッタガス雰囲気にて成膜することにより、軟磁性化させた材料を用いることとした。これにより、窒素ガスの添加量で、低Ku層の物性値（Ms, Ku値）を制御することができ、これまでのように、使用するターゲット材料で決まっていた軟磁性膜の物性値が、容易に調整でき、媒体特性の調整が容易となる。また、窒素元素を添加することで、結晶粒径（活性化粒径）の微細化も同時に図れることから、更なる高密度化に必要なSNRの向上も実現することができる。さらに、高Ku層として用いている材料を、そのまま低Ku層として用いることが出来るので、生産性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施形態に係る垂直磁気記録媒体の模式的断面図。
【図２】この発明の実施例および比較例に関わり低Ku層の単層膜についてKu値および結晶粒径を求めた結果を示す図。
【図３】この発明の実施例および比較例に関わり電磁変換特性の評価結果を示す図。
【符号の説明】
【００７７】
１    非磁性基体
２    非磁性下地層
３    磁気記録層
４    保護膜
３１    低Ku領域
３２    高Ku領域
【図１】
2008226416.tif 000003
【図２】
2008226416.tif 000004
【図３】
2008226416.tif 000005