專利名稱：具有圖案化介質(zhì)的垂直磁記錄系統(tǒng)和該介質(zhì)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及圖案化的垂直磁記錄介質(zhì)，例如用于磁記錄硬盤驅(qū)動 器中的盤，更具體而言涉及圖案化的盤，其中數(shù)據(jù)位存儲在抬高的磁數(shù)據(jù)島 上，由凹陷的非磁區(qū)域?qū)⒋艛?shù)據(jù)島相互隔離。
背景技術(shù)：
已經(jīng)有人提出具有圖案化的磁記錄介質(zhì)的磁記錄硬盤驅(qū)動器以提高數(shù) 據(jù)密度。在圖案化介質(zhì)中，盤上的磁記錄層被構(gòu)圖成沿同心數(shù)據(jù)道設(shè)置的小 的隔離數(shù)據(jù)島。圖案化介質(zhì)盤可以是縱向磁記錄盤或垂直磁記錄盤，在縱向 磁記錄盤中磁化方向平行于或位于記錄層的平面內(nèi)，在垂直磁記錄盤中，磁 化方向垂直于或離開記錄層的平面。為了產(chǎn)生圖案化數(shù)據(jù)島的所需磁隔離， 必須破壞或顯著降低島間空間的磁矩，以使這些空間基本上無磁性。在一種 圖案化介質(zhì)中，數(shù)據(jù)島為抬高的間隔開的柱體，其延伸于盤襯底表面之上， 在柱體之間的襯底表面上界定溝或槽。這種圖案化介質(zhì)讓人感興趣是因?yàn)椋?具有預(yù)蝕刻的柱體和溝槽圖案的襯底可以用相對低成本、高產(chǎn)量工藝，例如
光刻(1 ithography)和納米印制(nanoimpdnting)來生產(chǎn)。然后在預(yù)蝕刻襯底的整 個表面上淀積磁記錄層材料以覆蓋柱體端部和溝槽。據(jù)認(rèn)為，因?yàn)闇喜凼前?陷的，因此它們離讀/寫頭足夠遠(yuǎn)，從而不會對讀寫產(chǎn)生不利影響。這種圖案 化介質(zhì)在美國專利6440520中以及Moritz等人的文章"Patterned Media Made From Pre-etched Wafers: A Promising Route Toward Ultrahigh-Density Magnetic Recording" (IEEE Transactions on Magnetics,第38巻，第4期，2002年7 月，1731-1736 )中有所描述。這種在柱體末端上進(jìn)行垂直磁化的圖案化介 質(zhì)被認(rèn)為為超高密度磁記錄提供了機(jī)會。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溝槽中的磁材料 在回讀信號中產(chǎn)生了噪聲并且還對寫入每一數(shù)據(jù)位(即，磁化柱體末端上的
記錄材料)帶來不利影響。
需要這樣一種具有柱體和溝槽的圖案化垂直磁記錄介質(zhì)以及允許使用 預(yù)蝕刻襯底的介質(zhì)制造方法，其中柱體在其末端具有磁材料，而溝槽基本上
沒有磁矩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為如下類型的圖案化垂直磁記錄介質(zhì)，其具有末端上具有磁材料 的分隔開的柱體，柱體之間是作為非磁性區(qū)域的溝槽。該介質(zhì)利用可使用預(yù) 蝕刻襯底的方法制造。該襯底在溝槽處具有基本平坦的表面且包括諸如硅
(Si)或鍺(Ge)的材料，在被加熱時，這些材料將擴(kuò)散到磁記錄層材料中 并與記錄層中通常使用的一種或多種元素，如鈷(Co)、鐵(Fe)、鉑(Pt) 和鈀(Pd)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。襯底可以是半導(dǎo)體級單晶Si晶片或具有非晶Si 層的剛性支撐結(jié)構(gòu)或基底。在一個實(shí)施例中，柱體從平坦表面延伸且由不會 擴(kuò)散到記錄層中的材料形成。這樣的材料包括諸如Si02的氧化硅、氮化硅 (SiN)、氧化鋁(Al203)和難熔金屬及其合金例如鎢(W)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鉭 (Ta)和錸(Re)。在整個襯底上形成記錄層以覆蓋柱體末端和溝槽之后，將襯 底加熱到一定溫度一定時間，以足以使溝槽中的記錄層材料和襯底中的材料 彼此擴(kuò)散到其中并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這造成溝槽中記錄層材料中的任何鐵磁性 的破壞或至少顯著減小，意味著溝槽在暴露于外加磁場之后不會表現(xiàn)出顯著 的為f矩。然而，加熱不會影響柱體末端上的記錄層，因?yàn)橹w是由不會擴(kuò)散 到記錄層中的材料形成的。
襯底還可以包括"軟"或較低矯頑力的導(dǎo)^t襯層(SUL)，從而為來自 寫入頭的磁場提供磁通回路。如果使用SUL,那么就在柱體從其延伸的表面 之下SUL上形成擴(kuò)散阻擋層，以防止襯底的Si或Ge和SUL中的磁材料之 間的擴(kuò)散。
在另一個實(shí)施例中，襯底具有第一擴(kuò)散阻擋層,其具有基本平坦的表面， 柱體從該表面延伸，柱體由Si或Ge形成。第二擴(kuò)散阻擋層位于記錄層下的 柱體末端上。擴(kuò)散阻擋層可以是諸如Ta或SiN的材料，該材料防止柱體中 的Si或Ge與記錄層材料之間的擴(kuò)散。在加熱襯底期間，溝槽中的記錄層材 料和溝槽附近的柱體中的Si或Ge擴(kuò)散到彼此之中并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在溝槽 中產(chǎn)生非磁性區(qū)域。柱體末端上的第二擴(kuò)散阻擋層防止柱體的Si或Ge和記 錄層之間的擴(kuò)散。如果在該實(shí)施例中使用了 SUL，第一擴(kuò)散阻擋層防止柱體 的Si或Ge與SUL中的》茲材料之間的擴(kuò)散。
本發(fā)明的圖案化垂直磁記錄介質(zhì)可以實(shí)施于磁記錄盤驅(qū)動器中，其中在
盤上在同心圓形數(shù)據(jù)道中對柱體構(gòu)圖。該介質(zhì)還可以實(shí)施于掃描探頭型磁記
錄系統(tǒng)中，其中在襯底上在相互垂直的行的x-y陣列中對柱體構(gòu)圖。
為了更完整地理解本發(fā)明的屬性和優(yōu)勢，將結(jié)合附圖參考以下的詳細(xì)說明。


圖1為具有現(xiàn)有技術(shù)的圖案化垂直介質(zhì)的垂直磁記錄系統(tǒng)的略圖。
圖2為圖1中所示的系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器實(shí)施的頂視圖，示出了以同心圓
數(shù)據(jù)道設(shè)置的圖案化位。
圖3A-3C為在制造方法各階段根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的盤的截面圖。 圖3D-3E為示出了圖3A-3C的方法變化的截面圖，其中在柱體側(cè)壁上
也淀積了記錄層材料。
圖4為類似于圖3C中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的截面圖，但其中襯底包
括軟磁襯層(SUL)。
圖5A為構(gòu)圖前本發(fā)明的另一實(shí)施例的襯底的截面圖。
圖5B為構(gòu)圖和淀積磁記錄層之后以及退火之后的圖5A的襯底的視圖。
圖6為本發(fā)明的掃描探頭實(shí)施的圖示，示出了以互相垂直的行的x-y陣
列設(shè)置的圖案化位。
具體實(shí)施例方式
圖1為具有現(xiàn)有技術(shù)的圖案化垂直介質(zhì)的垂直磁記錄系統(tǒng)的略圖?？梢?在磁記錄盤驅(qū)動器中實(shí)施該系統(tǒng)，其介質(zhì)為具有設(shè)置成同心圓數(shù)據(jù)道的圖案 化位的磁記錄盤。于是圖1示出了盤IO的一部分，盤10包括具有基本平坦 的表面14的襯底12。多個分立的圖案化島或柱體30從表面14基本垂直地 延伸且是襯底12的部分。柱體30間隔開，留下在柱體30的末端之下凹陷 的溝槽32。在柱體30的末端以及溝槽32的表面上形成垂直磁記錄材料層 34。如箭頭40所示，垂直地磁化每個柱體30上的記錄層34,結(jié)果以基本垂 直或離面取向(即，不平行于記錄層34的表面)在記錄層34中存儲了所記 錄的位。在這種圖案化介質(zhì)中，即使溝槽中有磁記錄層材料，溝槽和柱體末 端之間的垂直間距也是隔離所記錄的位的基礎(chǔ)。然而，如下所述，溝槽中的 磁材料仍可能對位的讀寫帶來不利影響。如圖1所示，襯底12還可以包括
可選的形成于剛性盤支承結(jié)構(gòu)或基底18上"軟"或較低矯頑力的導(dǎo)磁襯層
(SUL) 16。
圖1的略圖中還示出了讀出頭60和寫入頭50(帶有寫入磁極52和返回 磁極54 )。寫入電流流經(jīng)寫入頭50的線圏56，在寫入磁極52處產(chǎn)生磁場(箭 頭42 )。該磁場沿方向40磁化了寫入磁極之下的柱體30上的記錄層34。SUL 16充當(dāng)著寫入頭50的寫入磁極52和返回磁極54之間的磁場的磁通返回通 路(箭頭17)。所記錄的位的探測或讀取是由讀出頭60進(jìn)行的，讀出頭60 通常為^f茲阻(MR)讀出頭，例如隧道MR(TMR)讀出頭，其中感測電流 垂直地流經(jīng)構(gòu)成讀出頭的層。可以用導(dǎo)磁材料的屏蔽件62防止除被讀取的 位之外的位的磁化到達(dá)讀出頭60。
圖2為圖1中所示的系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器實(shí)施的頂視圖。驅(qū)動器100具有 支撐致動器130的外殼或基底112和用于使磁記錄盤10轉(zhuǎn)動的驅(qū)動馬達(dá)。 致動器130可以是音圈馬達(dá)(VCM)旋轉(zhuǎn)致動器，其具有剛臂134,繞著樞 軸132如箭頭124所示旋轉(zhuǎn)。頭支撐組件包括懸臂121，其一端連接到致動 器臂134的末端，其頭承載件122例如氣墊滑塊(air bearing slider)連接到懸 臂121的另一端。懸臂121能夠使頭承載件122保持距盤IO表面非常近。 讀出頭60 (圖1 )和寫入頭50 (圖1 )通常被形成為在頭承載件122的后緣 表面(trailing surface)上構(gòu)圖成的集成讀/寫頭(未示出)。盤10上的柱體30 設(shè)置成徑向間隔開的同心圓數(shù)據(jù)道118。在盤IO旋轉(zhuǎn)時，致動器130的運(yùn)動 使得頭承載件122尾端上的讀/寫頭能夠訪問盤10上的不同數(shù)據(jù)道118。在 圖案化介質(zhì)上寫入需要寫脈沖與柱體圖案同步。在轉(zhuǎn)讓給與本申請同一受讓 人的美國專利6754017中描述了一種圖案化介質(zhì)磁記錄系統(tǒng)，其使用磁化柱 體為寫入提供時鐘。
在如圖1所示的具有圖案化盤IO的垂直磁記錄系統(tǒng)中，僅僅柱體30末 端上的垂直磁記錄層34對回讀信號有貢獻(xiàn)，每個柱體30表示一個比特(bit )。 位于溝槽32中的磁記錄層材料不會顯著對信號有貢獻(xiàn)，但可能成為噪聲源。 此外，溝槽中的磁材料可能會經(jīng)由直接交換或間接地經(jīng)由偶極于交互(dipolar interaction)增大相鄰比特之間的耦合，從而阻止或減小寫入期間單比特尋址 的可能性。溝槽中的磁材料還可能具有磁疇結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生不希望的雜散場， 可能導(dǎo)致寫入期間相鄰比特的不受控制的翻轉(zhuǎn)。于是，即使能夠以柱體30 末端和溝槽32之間較大的垂直間距來制造盤10,也希望避免在溝槽中存在
磁材料，以實(shí)現(xiàn)最大的信噪比和最佳的記錄性能。
圖3A-3C為在制造方法各階段根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的盤的截面圖。 圖3A示出了預(yù)蝕刻襯底212的一個實(shí)施例，其具有基本平i旦的表面214和 從表面214延伸的柱體230。柱體具有基本在一個平面上的頂部或末端231。 表面2] 4上柱體230之間的區(qū)域?yàn)闇喜?32。襯底212包括下文中稱為"擴(kuò) 散"材料的材料層213。擴(kuò)散層213由受到加熱時能夠擴(kuò)散到記錄層材料中 并與記錄層材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料形成，記錄層材料通常包括諸如Co、 Fe、 Pt和Pd中的一種或多種元素。優(yōu)選的用于層213的擴(kuò)散材料包括Si和 Ge。柱體230由"非擴(kuò)散"材料形成，即，在受到加熱時該材料不擴(kuò)散到磁 記錄層中或與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此,柱體230可以由諸如SiO2的氧化硅、 氮化硅(SiN)、氧化鋁(八1203 )以及難熔金屬及其合金例如鎢(W)、鉬(Mo)、 鈮(Nb)、鉭(Ta)和錸(Re)形成。
可以通過公知技術(shù)，例如常規(guī)光刻、直接寫入電子束(e-束)光刻以及 納米印制來制造預(yù)蝕刻襯底212。例如，襯底212可以以剛性硅晶片開始， 例如半導(dǎo)體級的單晶硅晶片，其充當(dāng)著具有外表面214的擴(kuò)散層213。或者， 襯底212可以是剛性基底，其上濺射淀積非晶Si層，該非晶Si層充當(dāng)著具 有外表面214的擴(kuò)散層213。然后在整個表面214上淀積或形成SiN或Si02 非擴(kuò)散層至基本對應(yīng)于所期望的柱體230高度的厚度。例如，如果非擴(kuò)散層 為Si()2,可以由硅晶片的熱氧化形成。因?yàn)閷⒁蛳挛g刻非擴(kuò)散層直至表面 214從而形成柱體230,可以在淀積非擴(kuò)散層之前在整個表面214上淀積可 選的蝕刻停止層(未示出)，例如2-3nm厚的碳(C)或鋁(Al)膜。然后對 該結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)圖和蝕刻，以出去非擴(kuò)散材料，留下柱體230和溝槽232的圖 案。然后用第二次蝕刻來去除溝槽232中的蝕刻停止材料。
在納米印制工藝中，通常由直接e束寫入來制造母版模板(master template),使之具有期望的圖案。襯底212的整個表面214上形成例如Si02 的非擴(kuò)散層之后，向Si02層上旋涂印制抗蝕劑(imprint resist)(即熱塑性聚合 物)薄膜。然后使具有預(yù)定圖案的母版模板與印制抗蝕劑膜接觸，將模板和 襯底壓到一起并力口熱。當(dāng)在3皮璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(glass transition temperature)以上 加熱抗蝕劑聚合物時，模板上的圖案就被壓到抗蝕劑膜中。冷卻之后，從襯 底分離母板，在Si02層上留下圖案化抗蝕劑?？梢杂梅磻?yīng)離子蝕刻(R正) 將抗蝕劑中的圖案轉(zhuǎn)移到下方的Si02層。可選的蝕刻停止層會方便R正的
停止。
在直接寫入e束構(gòu)圖工藝中，在襯底212的整個表面214上形成非擴(kuò)散 層例如Si02之后，可以在Si02層上淀積薄抗蝕劑層例如聚曱基丙烯酸曱酯
(PMMA)。然后用e束工具對抗蝕劑層構(gòu)圖。在對該抗蝕劑層顯影之后， 在抗蝕劑層中留下了孔的圖案。然后可以向孔中以及圖案化抗蝕劑層上淀積 薄鉻(Cr)層。在隨后的剝離工藝中，除去殘余的抗蝕劑和其上的Cr,留下 (:r點(diǎn)圖案。利用Cr點(diǎn)作為硬掩模通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)將該圖案轉(zhuǎn)移 到Si(VSi上?？蛇x的蝕刻停止層會方便RIE的停止。在達(dá)到期望的溝槽深 度(即，柱體的高度)之后，除去Cr層并清洗襯底。上述納米印制和直接 寫入e束構(gòu)圖工藝是公知的且在很多參考文獻(xiàn)中有進(jìn)一步詳述，這些文獻(xiàn)包 括G. Hu等人在J. Appl. Phys.第95巻第11期第2部分，2004年6月1曰 7013-7015頁的文章"Magnetic and recording properties of Co/Pd islands on prcpatterned substrates"。
圖3B為淀積》茲記錄層234之后的襯底212的截面圖?？梢栽赹茲記錄層 234上形成保護(hù)性外涂層(未示出)，例如非晶"類金剛石"碳膜或氮化硅膜。 磁記錄層234的淀積通常由常規(guī)賊射淀積進(jìn)行，造成在柱體230的末端以及 表面214處的溝槽232中淀積記錄層234的材料。優(yōu)選的記錄層234為具有 垂直浪f各向異性的多層，例如Co/Pt、 Co/Pd， Fe/Pt或Fe/Pd多層。在通常實(shí) 例中，交替淀積4-10個Pd膜(每個大約0.4到1.2nm厚)和4-10個Co膜
(每個大約0.2到0.5nm厚)以形成Co/Pd多層。在淀積多層之前，通常淀 積厚度在大約0.5到4nm范圍內(nèi)的粘附層(例如Cr或Ta)以及厚度在大約 0.5到4nm范圍內(nèi)的初始Pd層。所得的結(jié)構(gòu)的厚度在大約6到15nm范圍內(nèi)。 柱體230具有大約5到50nm的通常厚度，柱體230的中心間距大約50到 25nm。這導(dǎo)致盤10具有大約250到1000Gbits/in2的面位密度。
除了多層之外，記錄層234還可以由任何公知的表現(xiàn)出垂直磁各向異性 的非晶或晶體材料和結(jié)構(gòu)形成。于是，可以使用具有或沒有氧化物例如Si、 Ta、 Ti、 Nb、 Cr、 V和B的氧化物的顆粒多晶鈷合金，如CoPt或CoPtCr 合金。此外，含有稀土元素的磁材料是可用的，例如CoSm、 TbFe、 TbFeCo、 GdFe合金。記錄層234也可以由化學(xué)有序的CoPt、 CoPd、 FePt、 FePd、 CoPt3 或CoPd3形成。這些化學(xué)有序的合金處于其塊(bulk)形態(tài)中被稱為面心四方
(FCT ) L10-有序相材料(也稱為CuAu材料)。L10相的c軸為易磁化軸且
方向垂直于襯底。類似于Co/Pt和Co/Pd多層，這些層具有很強(qiáng)的垂直磁各
向異性。
在本發(fā)明中，對圖3B的結(jié)構(gòu)退火。這樣獲得了圖3C中示意性描繪的 結(jié)構(gòu)，其中溝槽232中的磁記錄層材料和擴(kuò)散層213的材料彼此擴(kuò)散并發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)。這樣在溝槽232中的表面214處生成了非磁區(qū)域236。記錄層234 的材料包括從Co、 Fe、 Pt和Pd構(gòu)成的組中選一奪的至少一種元素，且這些元 素中的至少一種與擴(kuò)散層213的材料反應(yīng)。退火造成非磁區(qū)域236中的任何 鐵磁性的破壞或至少大幅度削減，意味著這些區(qū)域在暴露到所施加的磁場之 后表現(xiàn)不出顯著的磁矩。然而，退火不會顯著改變柱體230末端上的記錄層 234的鐵磁屬性，因?yàn)橹w230是由諸如SiN或Si02的非擴(kuò)散材料形成的。 例如，如果記錄層材料包括Co且擴(kuò)散層213包括Si或Ge,那么，非磁區(qū) 域236會分別包括非鐵磁化合物Co2Si或Co2Ge。根據(jù)磁記錄層材料中的元 素和擴(kuò)散層的成分，可以形成的其他可能非鐵磁化合物包括FesSi、 FqGe和 一定范圍的介穩(wěn)晶態(tài)和非晶態(tài)合金。Si和Ge與鐵磁Co和Fe的擴(kuò)散使磁性 區(qū)非磁是公知的。例如，美國專利5585140描述了制造用于縱向記錄的分立 道磁記錄盤，方法是，首先利用Si或Ge的同心環(huán)對連續(xù)磁膜構(gòu)圖，然后退 火以制造由同心非磁環(huán)分隔的同心磁數(shù)據(jù)道的平坦表面。
根據(jù)用于記錄層和擴(kuò)散層的材料以及記錄層材料的厚度，可以用實(shí)驗(yàn)方 法決定退火時間和溫度。在一個例子中，在單晶硅晶片上淀積總厚度為llnm 的8個交替膜的Co/Pd多層。在260。 C退火IO分鐘完全破壞了多層中的鐵 磁性。比較起來，當(dāng)在單晶硅晶片上的1.5nm厚的Ta非擴(kuò)散層上形成相同 的多層并在相同溫度下退火相同時間時，未能檢測到對多層的鐵磁性的任何 影響。
圖3B-3C示出了一工藝，其中在柱體230的側(cè)壁上不淀積記錄層234的 材料，使得柱體230的頂部231上的記錄層材料從物理上并因此從磁性上與 溝槽232中的記錄層材料隔離開。
然而，不需要防止記錄層234的材料被淀積在柱體側(cè)壁上，因?yàn)殡S后的 退火可以使柱體頂部上的記錄層材料變得被磁隔離，使得它們可以用作分立 數(shù)據(jù)位。這使得柱體可以被做得顯著更短。這一點(diǎn)在圖3D-3E中示出。在圖 3D中，所示的柱體230短于圖3C中的，記錄層234的材料示出為被淀積成 在柱體230的頂部231、柱體側(cè)壁209和溝槽232上基本連續(xù)的膜。這造成 溝槽232中的鐵磁材料被交換耦合到柱體230頂部的鐵磁材料，這將阻止柱 體230頂部231的材料用作分立數(shù)據(jù)位。然而，在退火后將因?yàn)樾纬闪朔谴?區(qū)域236而抑制溝槽232中的鐵^f茲性，造成柱體頂部的鐵磁材料被隔離。這 一點(diǎn)在圖3E中被示出。這樣就可以^f吏用淀積之后本來高度不足以隔離石茲位 的柱體，大大簡化了形成預(yù)蝕刻襯底的光刻工藝。
已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)方法-瞼證了圖3D-3E所示的工藝。預(yù)蝕刻襯底形成有5nm 厚的柱體，柱體由在Si晶片上構(gòu)圖的2nm厚的Ta/3nm厚的SK)2構(gòu)成。柱 體直徑為500nm,分隔1000nm。在柱體、柱體側(cè)壁和溝槽上向圖案化晶片 上淀積鐵磁多層fCo (0.3nm)/Pd(0.9nm)x 8]。磁力顯微(MFM)圖像展示了 柱體和溝槽的對比，且柱體上和溝槽中的磁材料強(qiáng)烈交換耦合。然后在真空 中在185° C下對該結(jié)構(gòu)退火10分鐘。退火之后的MFM圖像示出了來自溝 槽的磁對比不再明顯，留下了來自柱體的磁信號。退火之后的Kerr磁強(qiáng)測 定值也表明，來自溝槽的信號得到了抑制，而柱體的鐵磁頂部獨(dú)立地反轉(zhuǎn)。
圖4為類似于圖3C中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的截面圖，但其中襯底212' 包括SUL 216。 SUL 216形成于襯底剛性支承結(jié)構(gòu)或基底218上。SUL 216 可以是由諸如CoNiFe、 FeCoB、 CoCuFe、 NiFe、 FeAlSi、 FeTaN、 FeN、 FeTaC、 CoTaZr、 CoFeTaZr、 CoFeB和CoZrNb合金的導(dǎo)磁材料形成的單層，或者是 由多層軟磁膜形成的層壓結(jié)構(gòu)，其中多層軟磁膜由非磁膜例如導(dǎo)電膜如Al 和CoCr或反鐵磁耦合膜如Ru和Ir分隔。基底218可以是任何市場上可買 到的玻璃盤坯件(disk blank),但是還可以是常規(guī)的具有NiP表面涂層的鋁合 金，或者諸如硅、硅堿《丐石或硅碳化物的替代盤坯件。在淀積SUL216之前
可以在基底218上形成用于生長SUL的可選的粘附層(未示出)，例如AlTi
<formula>formula see original document page 12</formula>
如圖4所示，在SUL216上方形成可以是如柱體230所用的任何材料的 擴(kuò)散阻擋層219。例如，1.5nm厚的Ta層可以充當(dāng)擴(kuò)散阻擋層219。在該實(shí) 施例中，擴(kuò)散層213'形成于擴(kuò)散阻擋層219上且可以是一層濺射淀積的非晶 Si。在退火期間，擴(kuò)散阻擋層219防止SUL216中的磁材料和擴(kuò)散層213'中 的材料之間擴(kuò)散。
圖5A為構(gòu)圖前本發(fā)明的另一實(shí)施例中的襯底312的截面圖。在構(gòu)圖之 后，襯底312將具有表面314基本為平坦的第一擴(kuò)散阻擋層319，柱體330 (以短劃線表示)將從該表面延伸，柱體330由擴(kuò)散層313的材料形成，在
柱體末端上具有第二擴(kuò)散阻擋層320的材料。于是襯底312包括基底318、 SUL316、第一擴(kuò)散阻擋層319、擴(kuò)散層313和第二擴(kuò)散阻擋層320。
圖5B為構(gòu)圖和淀積磁記錄層334之后且退火之后的襯底312的視圖。 在該實(shí)施例中，柱體330由諸如Si或Ge的擴(kuò)散材料形成，但是在其末端具 有諸如Ta的擴(kuò)散阻擋層320。在退火期間，溝槽332中的磁記錄層材料和柱 體330中的Si或Ge擴(kuò)散到彼此之中并反應(yīng)，從而在表面314的溝槽中生成 非磁區(qū)域336。擴(kuò)散阻擋層320防止柱體330的Si或Ge和磁記錄層334之 間的擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層319防止柱體的Si或Ge和SUL 316中的磁材料之間 的擴(kuò)散。本實(shí)施例使得磁記錄層334能夠更靠近SUL 316,因?yàn)閿U(kuò)散層313 還起到柱體330的作用，這與圖4中具有擴(kuò)散層213'的實(shí)施例不同。
以上描述了實(shí)施于磁記錄盤驅(qū)動器中的本發(fā)明的圖案化垂直磁記錄介 質(zhì)。然而，該介質(zhì)還可以實(shí)施于掃描探頭系統(tǒng)中，如Eleftheriou等人在 "Millipcde-A MEMS-Based Scanning-Probe Data-Storage System" ( IEEE Transactions on Magnetics,第39巻，第2期，2003年3月，938-945頁)中 所述的。"Millipede"系統(tǒng)是一種熱-機(jī)系統(tǒng)，其中，通過加熱探頭尖端以在 聚合物存儲介質(zhì)中產(chǎn)生凹坑來記錄數(shù)據(jù)。本發(fā)明的掃描探頭實(shí)施例在圖6中 示出。所示的磁記錄介質(zhì)具有襯底基底418,具有平坦表面414的擴(kuò)散層413 以及從表面414延伸的柱體430。柱體430在其末端上具有垂直磁記錄材料， 在表面414上被設(shè)置成互相垂直的行的x-y陣列。在xyz掃描機(jī)的平臺502 上支撐襯底基底418。在芯片520上制造具有相關(guān)懸臂(cantilever)511的磁力 顯微(MFM)型探頭尖端510的陣列。在美國專利5900729中描述了能夠 產(chǎn)生用于寫入的磁場的MFM型探頭。通過xyz掃描機(jī)可以在x-y.方向上相 對于彼此移動芯片520和記錄介質(zhì)。于是每個探頭僅與總陣列的一部分相關(guān) 且僅對該部分中的柱體尋址。多路復(fù)用驅(qū)動器(MUX) 530、 532允許將寫 入電流單獨(dú)提供給每個MFM探頭。如上所述且如圖6所示的掃描探頭系統(tǒng) 具有探頭陣列。然而，根據(jù)本發(fā)明的掃描探頭磁記錄系統(tǒng)也可能按照常規(guī) MFM系統(tǒng)的方式僅具有與xyz掃描機(jī)協(xié)作的單個探頭。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例特別展示和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種形式和細(xì)節(jié)的 變化。因此，應(yīng)當(dāng)將公開的發(fā)明僅僅看作示例性的，其范圍僅僅由后附權(quán)利 要求指定。
權(quán)利要求
1.一種圖案化磁記錄介質(zhì)，包括襯底，具有基本平坦的表面和多個基本垂直地從所述表面延伸的間隔開的柱體；所述柱體的頂部上的具有垂直磁各向異性的記錄層，所述記錄層由包括從Co、Fe、Pt和Pd構(gòu)成的組中選擇的一種或多種元素的材料形成；以及在所述表面處所述柱體之間的非磁區(qū)域，所述非磁區(qū)域包括所述記錄層元素中的至少一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯底包括從Si和Ge中選擇 的材料，所述非磁區(qū)域包括所述至少一種記錄層元素和所選擇的Si或Ge的 化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯底包括具有所述基本平坦 的表面的基本非晶Si層，所述非磁區(qū)域包括所述至少一種記錄層元素和Si的化合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的介質(zhì)，其中所述襯底還包括導(dǎo)磁材料軟磁襯 層以及所述襯層和所述非晶Si層之間的擴(kuò)散阻擋層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯底包括具有所述基本平坦 的表面的第一擴(kuò)散阻擋層，其中所述柱體包括從Si和Ge中選擇的材料，其 中所述非磁區(qū)域還包括來自所述柱體的所述選擇的Si或Ge，且還包括所述 記錄層和所述柱體末端之間的第二擴(kuò)散阻擋層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的介質(zhì)，其中所述襯底還包括導(dǎo)磁材料軟磁襯 層，所述第一擴(kuò)散阻擋層形成于所述襯層上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述柱體由選自氮化硅、氧化硅、 氧化鋁、W、 W合金、Mo、 Mo合金、Nb、 Nb合金、Ta、 Ta合金、Re和 Re合金構(gòu)成的組的非磁材料形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述記錄層為從Co/Pt、 Co/Pd、 l<c/Pt和Fe/Pd多層構(gòu)成的組中選^^的多層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述記錄層材料包括顆粒Co合金。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述記錄層材料包括從CoPt、 CoPd、 FePt和FePd構(gòu)成的組選擇的化學(xué)有序合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述柱體設(shè)置在所述襯底上多個 基本同心的圓形道中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所迷柱體設(shè)置在所述襯底上互相 垂直的行的陣列中。
13. —種圖案化磁記錄介質(zhì)，包括襯底，所述襯底包括Si且具有基本平坦的表面和多個從所述表面基本 垂直地延伸的間隔開的柱體，所述柱體具有基本共面的末端；所述柱體的末端上的具有垂直磁各向異性的記錄層，所述記錄層由包括 從Co、 Fe、 Pt和Pd構(gòu)成的組中選擇的一種或多種元素的材料形成；以及所述表面處所述柱體之間的非磁區(qū)域，所述非磁區(qū)域包括Si和所述記 錄層元素中的至少 一種的化合物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述襯底包括具有所述基本平坦 的表面的基本非晶Si層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的介質(zhì)，其中所述襯底還包括導(dǎo)磁材料軟磁 襯層以及所述襯層和所述非晶Si層之間的擴(kuò)散阻擋層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的介質(zhì)，其中所述襯層材料包括從CoNiFe、 l'cCoB、 CoCuFe、 NiFe、 FeAlSi、 FeTaN、 FeN、 FeTaC、 CoTaZr、 CoFeTaZr、 CoFeB和CoZrNb構(gòu)成的合金的組中選擇的合金。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述記錄層包括從Co和Fe構(gòu) 成的組選擇的第 一材料和從Pt和Pd構(gòu)成的組選擇的第二材料的交替層的多 層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述記錄層材料包括顆粒Co合金。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中所述記錄層材料還包括Si、 Ta、 Ti、 Nb、 Cr、 V和B的一種或多種的氧化物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述記錄層材料包括從CoPt、 CoPd 、 FePt和FePd構(gòu)成的組中選擇的化學(xué)有序合金。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述介質(zhì)為磁記錄盤且其中所 述柱體設(shè)置在所述襯底上多個基本同心的圓形道中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述柱體設(shè)置在所述襯底上互 相垂直的行的陣列中。
23. —種垂直;茲記錄系統(tǒng)，包4舌 如權(quán)利要求13所述的介質(zhì)；寫入頭，用于沿基本垂直于所述柱體從其延伸的襯底表面的方向磁化所 述柱體的末端上的所述記錄層；以及讀取頭，用于檢測所述柱體末端上的被磁化的記錄層。
24. —種用于制造圖案化垂直磁記錄介質(zhì)的方法，包括提供襯底，所述襯底包括從Si和Ge中選擇的材料并具有基本平坦的表 面以及從所述表面基本垂直地延伸的多個柱體，所述柱體具有基本共面的末 端并在所述表面上間隔開以在所述表面處在所述柱體之間界定溝槽；在所述柱體末端上以及所述溝槽中淀積垂直磁記錄材料層，所述記錄層 材料包括從Co、 Fe、 Pt和Pd構(gòu)成的組中選擇的一種或多種元素；以及在淀積所述記錄材料層之后，加熱所述襯底以使所述選擇的Si或Ge與 所述溝槽中的至少一種所述記錄層元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
全文摘要
采用可利用預(yù)蝕刻襯底的方法制造如下類型的圖案化垂直磁記錄介質(zhì)，其具有末端上有磁材料的間隔開的柱體且在柱體之間具有非磁溝槽。襯底在溝槽處具有基本平坦的表面且包括在被加熱時會擴(kuò)散到磁記錄層材料中并與記錄層中通常使用的一種或多種元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料。柱體由不會擴(kuò)散到記錄層中的材料形成。在整個襯底上形成記錄層以覆蓋柱體末端和溝槽之后，對襯底退火。這造成溝槽中的記錄層材料中的任何鐵磁性的破壞或至少顯著減小，使得溝槽成為非磁性的。退火不會影響柱體末端上的記錄層，因?yàn)橹w由不會擴(kuò)散到記錄層中的材料形成。
文檔編號G11B5/74GK101178907SQ20071018633
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者埃里克·E·富勒頓, 奧拉夫·赫爾威格, 彼得勒斯·A·范德海登, 楊宏淵, 杰弗里·S·利利, 詹姆斯·T·奧爾森 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司