垂直磁性记录介质已是众所周知的。垂直磁性记录介质包括所谓 的软磁性底层。磁性记录层铺在软磁性底层上。当写入头指向磁性记 录层时，磁性记录层位于写入头和软磁性底层之间。在写入头和软磁 性底层之间建立了磁通量的循环路径。这用于增大磁场在记录磁性层 上的作用。穿过磁性记录层的磁场可以有陡峭的梯度。可以磁性记录 层中建立陡峭的信息比特。
磁性记录层中的易磁化轴优选地沿垂直于衬底表面和软磁性底 层的方向。磁性记录层中的晶粒在预定方向上建立了均匀的晶向，从 而确定了所述的磁各向异性。均匀的晶向可基于外延来实现。在形成 磁性记录层之前，在软磁性底层表面上形成非磁性取向控制层，以控 制磁性记录层中的晶向。
非磁性取向控制层应当具有足够的厚度。非磁性取向控制层厚度 减小会使得无法充分形成磁性记录层中的均匀晶向。太厚的非磁性取 向控制层使写入头与软磁性底层之间距离过大。这导致作用在磁性记 录层上的磁场强度减小。在此情形中磁场梯度应当是中等的。在磁性 记录层中无法建立陡峭的记录比特。

因此，本发明的一个目的在于给出多层结构膜，用于减小磁性晶 体层之下的非磁性取向控制层的厚度。本发明的一个目的在于给出多 层结构膜，用于改善垂直磁性记录介质的电磁转换特性。
根据本发明第一方面，给出垂直磁性记录介质，包含：磁性取向 控制层，包括互相毗邻的晶粒，所述磁性取向控制层用作控制上层中 晶向的层；非磁性取向控制层，铺于磁性取向控制层表面上，包括互 相毗邻的晶粒，所述非磁性取向控制层用作控制上层中晶向的层；以 及磁性记录层，铺于非磁性取向控制层表面上，包括从非磁性取向控 制层中的晶粒生长出来的晶粒。
垂直磁性记录介质能够根据来自磁性和非磁性取向控制层的影 响可靠地建立均匀的晶向。与主要用非磁性取向控制层来控制磁性记 录介质中的晶向的情形相比，在该情形中可可靠地控制磁性记录介质 中的晶向。从而磁性记录介质中各晶粒中的易磁化轴能够可靠地对准 垂直于磁性记录介质表面的方向。垂直磁性记录介质在电磁转换特性 方面具有更高的性能。另外，无需增大非磁性取向控制层的厚度就能 够实现均匀晶向的可靠建立。
垂直磁性记录介质可进一步包含软磁性底层，由磁性和非磁性取 向控制层将其与磁性记录层隔开。在此情形中，如果易磁化轴对准平 行于磁性取向控制层中软磁性底层的表面的方向，那么磁性取向控制 层也与该软磁性底层一起作为软磁性底层。从而可以减小软磁性底层 与写入头或电磁转换器之间的距离。这一减小的厚度有利于磁性记录 层中陡峭记录比特的建立。
磁性记录层中的晶粒可具有六角密堆(hcp)结构，C轴相应于 易磁化轴。在此情形中，磁性取向控制层中的晶粒具有面心立方(fcc) 结构。在磁性取向控制层中应用fcc结构的晶粒的情形中，晶粒的(111) 面可能优选地沿平行于磁性取向控制层中磁性记录层的表面的方向。
这里，非磁性记录层中的晶粒可以具有hcp结构。如果非磁性取 向控制层中的晶粒由磁性取向控制层中的晶粒基于外延进行生长而得 到，那么晶粒的(002)面可能优选地沿平行于非磁性取向控制层中的表 面的方向。如果磁性记录层中的晶粒由该类型的非磁性取向控制层中 的晶粒生长得到，那么晶粒的C轴——相应于易磁化轴——可沿垂直 于磁性记录层中衬底表面的方向。此外，非磁性记录层中的晶粒可具 有fcc结构。根据外延，晶粒的(111)面优选地沿平行于非磁性取向控 制层中表面的方向。如果磁性记录层中的晶粒由该类型的非磁性取向 控制层中的晶粒生长得到，那么晶粒的C轴——相应于易磁化轴—— 可能沿垂直于磁性记录层中衬底表面的方向。
作为替代，磁性记录层中的晶粒可具有L10结构，其C轴相应于 易磁化轴。这里，磁性取向控制层中的晶粒中可以形成立方结构和四 方结构中的任何一种。立方结构可包括，例如，fcc结构、体心立方(bcc) 结构等。四方结构可包括，例如，面心四方(fct)结构、体心四方(bct) 结构等。在磁性取向控制层中应用立方结构的晶粒的情形中，晶粒的 (100)面可能优选地沿平行于磁性取向控制层中磁性取向控制层的表 面的方向。在磁性取向控制层中应用四方结构的晶粒的情形中，晶粒 的(001)面可能优选地沿平行于磁性取向控制层中磁性取向控制层的 表面的方向。
这里，在非磁性取向控制层的晶粒中可形成立方结构和四方结构 中的任何一种。在非磁性取向控制层中应用立方结构的晶粒的情形中， 非磁性取向控制层中基于磁性取向控制层中的晶粒的外延使得晶粒的 (100)面可以优选地沿平行于非磁性取向控制层中非磁性取向控制层 的表面的方向。如果磁性记录层中的晶粒由该类型的非磁性取向控制 层中的晶粒基于外延进行生长而得到，那么晶粒的C轴——相应于易 磁化轴——可沿垂直于磁性记录层中衬底表面的方向。在非磁性取向 控制层中应用四方结构的晶粒的情形中，非磁性取向控制层中基于磁 性取向控制层中的晶粒的外延使得晶粒的(001)面可以优选地沿平行 于非磁性取向控制层中非磁性取向控制层表面的方向。如果磁性记录 层中的晶粒由该类型的非磁性取向控制层中的晶粒基于外延进行生长 而得到，那么晶粒的C轴——相应于易磁化轴——可沿垂直于磁性记 录层中衬底表面的方向。
磁性取向控制层可以包括Fe、Co和Ni中的至少一种。磁性取 向控制层可进一步包括下列元素中至少一种：Mo、Cr、Cu、V、Nb、 Al、Si和B。
垂直磁性记录介质可进一步包含支撑磁性取向控制层的基底层。 基底层可用于控制磁性取向控制层中晶粒的晶向和尺寸。基底层可包 括下列元素中至少一种：Ta、C、Mo、Ti、W、Re、Os和Hf。
根据本发明第二方面，给出多层结构膜，包含：磁性取向控制层， 包括互相毗邻的晶粒，所述磁性取向控制层用作控制上层中晶向的层； 非磁性取向控制层，铺于磁性取向控制层表面上，包括互相毗邻的晶 粒，所述非磁性取向控制层用作控制上层中晶向的层；以及晶体层， 铺于非磁性取向控制层表面上，包括从非磁性取向控制层中的晶粒生 长出来的晶粒。
多层结构膜使得可以在晶体层中可靠地建立均匀的晶向。与单独 用非磁性取向控制层来控制晶体层中的晶向的情形相比，能够可靠地 控制晶体层中的晶向。无需增加非磁性取向控制层的厚度就能够实现 可靠地建立均匀的晶向。
附图说明
图1为一俯视图，示意性示出作为磁性记录介质驱动器的特定实 施例的硬盘驱动器(HDD)的结构。
图2为用于硬盘驱动器中的磁性记录磁盘的部分放大剖面图。
图3为磁性记录磁盘中衬底的部分放大剖面图，用于示出形成软 磁性底层的工艺。
图4为衬底的部分放大剖面图，用于示出形成基底层的工艺。
图5为衬底的部分放大剖面图，用于示出形成磁性取向控制层的 工艺。
图6为衬底的部分放大剖面图，用于示出形成非磁性取向控制层 的工艺。
图7为衬底的部分放大剖面图，用于示出形成磁性记录层的工艺。
图8示出由X射线衍射得到的摇摆曲线。

图1示意性示出作为磁性记录介质驱动器或存储器件的实施例的 硬盘驱动器(HDD)的内部结构。HDD11包括盒形主体箱12，确定， 例如，扁平的平行六面体的内部空间。至少一个磁性记录磁盘13置于 主体箱12的内部空间中。磁性记录磁盘13属于所谓的垂直磁性记录 介质。磁性记录磁盘13安装于主轴马达14的驱动轴上。主轴马达14 能够以较高的转速——例如7200rpm、10000rpm等——驱动磁性记录 磁盘13旋转。盖子——未示出——与主体箱12配合以在主体箱12和 它之间确定封闭的内部空间。
磁头传动器16与垂直支撑轴15相连。磁头传动器16包括从垂 直支撑轴15沿水平方向延伸的刚性传动臂17，以及分别与传动臂17 的尖端相连从而从响应的传动臂17沿前向延伸的磁头悬臂18。正如 通常所知的，浮动磁头滑块19通过万向节——未示出——悬挂在弹性 悬臂18的尖端。弹性悬臂18用于将浮动磁头滑块19压向磁性记录磁 盘13的表面。当磁性记录磁盘13旋转时，浮动磁头滑块19接收沿旋 转磁性记录磁盘13表面产生的气流。气流用于产生对浮动磁头滑块 19的抬升作用。从而在磁性记录磁盘13旋转过程中浮动磁头滑块19 能够以抬升作用和弹性悬臂18的压迫力之间的平衡所建立的更高的 可靠性保持浮动在磁性记录磁盘13表面上方。
电磁转换器——未示出——以传统的方式安装在浮动磁头滑块 19上。电磁转换器包括读出元件，例如巨磁阻(GMR)元件或隧道 结磁阻(TMR)元件，以及写入元件，例如单极磁头或感应薄膜磁头。 GMR元件或TMR元件设计用于利用旋阀膜或隧道结膜中的电阻响 应磁性记录磁盘13所导致的磁场磁极性反转而产生的变化来探测磁 性比特数据。单极磁头或感应薄膜磁头设计用于利用，例如，导电漩 涡形线圈图形中感生的磁场来向磁性记录磁盘13写入磁性比特数据。
当磁头传动器16在浮动磁头滑块19浮动期间被驱动绕支撑轴15 摆动时，浮动磁头滑块19能够沿磁性记录磁盘13的径向横过磁性记 录磁盘13上的记录磁道。这一晶向移动用于将浮动磁头滑块19上的 电磁转换器恰好定位在磁性记录磁盘13上的目标记录磁道上方。电源 21——例如音圈马达(VCM)——可用来实现磁头传动器16绕支撑 轴15的旋转。正如通常所知的，在主体箱12的内部空间中装入来了 两个或更多个磁性记录磁盘13的情形中，在相邻磁性记录磁盘13之 间安置了一对传动臂17、17和一堆浮动磁头滑块19、19。
图2示出磁性记录磁盘13的垂直剖面图。磁性记录磁盘13包括 作为支撑部件的衬底31和铺于(延伸于)衬底31前和后表面上的多 层结构膜32。衬底31可以是，例如，玻璃衬底。作为替代，铝衬底、 硅衬底等也可用作衬底31。磁性信息记录在多层结构膜32中。可以 形成保护层33——例如类金刚石碳(DLC)膜——和润滑剂膜34—— 例如全氟聚醚(PFPE)膜——来覆盖多层结构膜32的表面。
多层结构膜32包括分别铺于衬底前和后表面上的软磁性底层 35。厚度大约195nm的CoNbZr膜可用作底层35。易磁化轴设置在 平行于衬底31表面的方向。微晶沉积合金膜——例如FeTaC膜—— 或晶体合金膜——例如NiFe膜——可替代前述非晶合金膜用作软磁 性底层。作为替代，软磁性底层35可以是包括，例如，互相交叠的软 磁性层和非磁性层的多层膜。
磁性取向控制层36铺于软磁性底层35表面上。磁性取向控制层 36包括软磁性底层35表面上互相毗邻的晶粒。磁性取向控制层36可 由软磁性金属材料制成。磁性取向控制层可包括Fe、Co和Ni中至少 一种。这里，厚度大约5nm的NiFe膜用作磁性取向控制层36。除了， 例如，磁性金属材料之外，还可以在磁性取向控制层中加入下列元素 中的一种或多种：Mo、Cr、Cu、V、Nb、Al、Si和B。在磁性取向 控制层36的各晶粒中形成面心立方(fcc)结构。磁性取向控制层36 中晶粒的(111)面优选地沿平行于衬底31表面的方向。
非磁性取向控制层37铺于磁性取向控制层36的表面上。非磁性 取向控制层37包括磁性取向控制层36表面上互相毗邻的晶粒。非磁 性取向控制层37中的各晶粒由磁性取向控制层36中的各晶粒基于外 延进行生长而得到。非磁性取向控制层37可由晶体非磁性金属材料支 撑。这里，厚度大约20nm的Ru膜用作非磁性取向控制层37。也可 用包括下列元素之一的非磁性合金膜来代替Ru膜：Zn、Tc、Co、Os、 C(石墨)和Re。非磁性取向控制层37中的各晶粒中形成六角密堆 (hcp)结构。非磁性取向控制层37中晶粒的(002)面优选地沿平行于 衬底31的表面的方向。另外，包括下列中至少一种的非磁性合金也可 用作非磁性取向控制层37：Cu、Rh、Ir、Pd和Pt。在此情形中，非 磁性取向控制层37中的晶粒中形成fcc结构。另外，非磁性取向控制 层37中晶粒的(111)面优选地沿衬底31的表面的方向。
磁性记录层38铺于非磁性取向控制层37的表面上。磁性记录层 38包括非磁性取向控制层37表面上的互相毗邻的晶粒。磁性记录层 38中的各晶粒有非磁性取向控制层37中的各晶粒基于外延进行生长 而得到。于是在磁性记录层38中的各晶粒中形成了hcp结构。磁性记 录层38中各晶粒中的hcp结构的C轴——相应于易磁化轴——沿垂 直于衬底31表面的方向。磁性记录层可由，例如，包括Co和Cr的 合金形成。
如图2所示，可在软磁性底层3和磁性取向控制层36之间插入 基底层39。基底层可由，例如，至少下列元素之一形成：Ta、C、Mo、 Ti、W、Re、Os和Hf。这里，厚度大约5nm的Ta膜用作基底层39。 Ta膜用于可靠地控制磁性取向控制层36中晶粒的取向和尺寸。如果， 例如，在Ta膜上叠加NiFe膜，那么NiFe膜中的晶粒的(111)平面 优选地沿平行于衬底31的表面的方向。
磁性记录磁盘13使得能够充分建立沿磁性记录层38中晶粒的预 定方向的均匀取向。与单独用非磁性取向控制层来控制磁性记录层38 中的晶向的情形相比，能够可靠地控制磁性记录层38中的晶向。从而， 磁性记录层38中各晶粒中的易磁化轴能够可靠地沿垂直于衬底31的 表面的方向。磁性记录磁盘13在电磁转换特性上具有更高的性能。
此外，磁性取向控制层36用于避免磁性记录磁盘13中非磁性取 向控制层37的厚度增加。特定地，如果在前述方式中磁性取向控制层 36中易磁化轴沿平行于衬底31的表面的方向，那么磁性取向控制层 37还与软磁性底层35一起用作软磁性底层。从而能够减小软磁性底 层和电磁转换器单极磁头之间的距离。这一减小的距离有利于在磁性 记录层38中建立陡峭的记录比特。磁性记录层38能够以足够的强度 被磁化。
接下来，将简要描述制作磁性记录磁盘13的方法。首先制备盘 形衬底31。衬底置于，例如，溅射设备中。于溅射设备中在衬底31 的表面上形成多层结构膜32。后面将会详细描述该工艺。厚度在大约 3.0nm至10.0nm之间的保护层33随后形成在多层结构膜32的表面 上。可利用，例如，化学气相沉积(CVD)来形成保护层33。厚度大 约1.0nm的润滑剂膜34涂于保护层33的表面。衬底31可浸入含有， 例如，全氟聚醚的溶液中来涂敷润滑剂膜34。
在溅射设备中进行溅射以形成多层结构膜32。如图3所示，在衬 底31的表面上形成软磁性底层35。这里，形成，例如，CoNbZr膜 41。在溅射设备的反应室中设置CoNbZr靶。从靶上溅射出Co原子、 Nb原子和Zr原子，沉积在衬底31的表面上。CoNbZr膜41的厚度 设为，例如，大约195nm。作为替代，可使用其它方法来形成软磁性 底层35。
如图4所示，随后在CoNbZr膜41的表面上形成基底层39。这 里，形成了，例如，Ta膜42。在溅射设备的反应室中设置Ta靶。从 靶上溅射出Ta原子，沉积在CoNbZr膜41的表面上。Ta膜42的厚 度设为，例如，大约5nm。
如图5所示，随后在Ta膜42的表面上形成磁性取向控制层36。 这里，形成了，例如，NiFe膜43。在溅射设备的反应室中设置NiFe靶。从靶上溅射出Ni原子和Fe原子，沉积在Ta膜42的表面上。晶 粒生长在NiFe膜43中。NiFe膜43的厚度设为，例如，大约5nm。
如图6所示，随后在NiFe膜43的表面上形成非磁性取向控制层。 这里，形成了，例如，Ru膜44。在溅射设备的反应室中设置Ru靶。 从靶上溅射出Ru原子，沉积在NiFe膜43的表面上。晶粒从NiFe膜 43中的各晶粒生长在Ru膜44中。Ru膜44的厚度设为，例如，大约 20nm。
如图7所示，随后在Ru膜44的表面上形成磁性记录层38。这 里，形成了，例如，CoCrPt膜45。在溅射设备的反应室中设置CoCrPt靶。从靶上溅射出Co原子、Cr原子和Pt原子，沉积在Ru膜44的 表面上。晶粒从Ru膜44中的各晶粒生长在CoCrPt膜45中。CoCrPt膜45的厚度设为，例如，大约20nm。应当指出在溅射过程中，衬底 31保持在室温。
发明者观察了以前述方法制作的磁性记录磁盘13的特性。发明 者也制备了第一和第二比较实施例。第一比较实施例的磁性记录磁盘 包括厚度200nm的CoNbZr膜、厚度20nm的Ru膜和厚度20nm的 CoCrPt膜，它们以次顺序基于溅射形成在衬底31的表面上。第二比 较实施例的磁性记录磁盘包括厚度200nm的CoNbZr膜、厚度40nm 的Ru膜和厚度20nm的CoCrPt膜，它们以次顺序基于溅射形成在衬 底31的表面上。在两个比较实施例的磁性记录磁盘中的CoCrPt膜表 面上都形成了厚度4nm的DLC膜。
发明者用X射线衍射观察了本发明的实施例和第一比较实施例 中CoCrPt膜的晶向。在42度附近出现一个峰。证实各晶粒的(002) 面沿CoCrPt膜的预定方向。特定地，CoCrPt膜中晶粒的C轴——相 应于易磁化轴——沿垂直于衬底表面的方向。
发明者对本发明的实施例和第一比较实施例测量了磁性记录磁 盘的摇摆曲线。测量选定CoCrPt膜中晶粒的(002)面。如图8所示， 对实施例的测量得到摇摆曲线的半高全宽Δθ50等于11度。对第一比 较实施例的测量得到摇摆曲线的半高全宽Δθ50等于19度。证实实施 例的磁性记录磁盘13，而不是第一比较实施例的磁性记录磁盘，中的 CoCrPt膜中的易磁化轴很好地沿垂直于衬底表面的方向。应当指出 对第二比较实施例的测量得到摇摆曲线的半高全宽Δθ50等于11度， 因为第二比较实施例的磁性记录磁盘包括更大厚度的Ru膜。
接下来，发明者用极性Kerr效应测量了CoCrPt膜的矫顽力Hc 和矫顽力的角度比S。对实施例的测量得到CoCrPt膜的矫顽力等于 380[kA/m]以及矫顽力角度比等于0.99。对第一比较实施例的测量得到 CoCrPt膜的矫顽力等于332[kA/m]以及矫顽力角度比等于0.96。对第 二比较实施例的测量得到CoCrPt膜的矫顽力等于490[kA/m]以及矫 顽力角度比等于0.98。证实实施例的磁性记录磁盘13，而不是第一比 较实施例的磁性记录磁盘，具有更大的矫顽力。在实施例的磁性记录 磁盘13，而不是第二比较实施例的磁性记录磁盘，中观察到更大的角 度比。
此外，发明者观察了CoCrPt膜的磁各向异性的分布。发明者制 备了本发明的修改实施例和修改比较实施例。本发明的前述实施例以 及第一比较实施例中的软磁性底层、CoNbZr层被省略了，以得到修 改样品。对修改实施例的磁性记录磁盘13的测量得到相对方向中偏离 相应于零度的垂直方向七度的分布角。修改实施例的磁性记录磁盘13 显示出从948[kA/m]到1422[kA/m]的各向异性磁场。对修改第一比较 实施例的磁性记录磁盘的测量得到相对方向中偏离相应于零度的垂直 方向十度的分布角。修改第一比较实施例的磁性记录磁盘13显示出从 553[kA/m]到1264[kA/m]的各向异性磁场。证实实施例的磁性记录磁 盘，而不是第一比较实施例的磁性记录磁盘，能够减小磁各向异性的 分布。特定地，证明实施例的磁性记录磁盘，而不是第一比较实施例 的磁性记录磁盘，能承受更大的磁各向异性。
此外，对本发明的前述实施例以及第一比较实施例的磁性记录磁 盘测量了电磁转换特性。以等于400[kFCI]的线性分解向磁性记录磁 盘写入磁性信息。使用了单极磁头。单极磁头的芯宽设为0.5μm。写 入的磁性信息被读出。包括旋阀膜的GMR元件用来读出磁性信息。 单极磁头和GMR元件如上所述安装在浮动磁头滑块19上。浮动磁头 滑块19和磁性记录磁盘之间的相对速度设为等于16.0[m/s]。
对实施例的磁性记录磁盘13的测量得到S/N比等于24[dB]。对 第一比较实施例的磁性记录磁盘的测量得到S/N比等于16[dB]。对第 二比较实施例的磁性记录磁盘的测量得到S/N比等于3[dB]。证明与 第一和第二比较实施例相比，实施例的磁性记录磁盘13具有更大的 S/N比。此类型的磁性记录磁盘13有望极大地提高记录密度。
同时，发明者测量了表现分辨率特性的D50值。对实施例的磁性 记录磁盘13的测量得到D50值等于312[kFCI]。对第一比较实施例的 磁性记录磁盘的测量得到D50值等于271[kFCI]。对第二比较实施例的 磁性记录磁盘的测量得到D50值等于225[kFCI]。与第一和第二比较实 施例相比，实施例的磁性记录磁盘13具有更大的D50。以此方式证明 此类型的磁性记录磁盘13具有改善的电磁转换特性。
在前述多层结构膜32中的磁性记录层38中可形成L10结构的晶 粒。例如，FePt合金可用于提供此类型的磁性记录层38。在此情形中， 在前述磁性取向控制层36中的晶粒中可形成立方结构和四方结构中 的任何一种。在磁性取向控制层36中使用立方结构晶粒的情形中，磁 性取向控制层36中晶粒的(100)面可优选地沿平行于衬底31的表面的 方向。在磁性取向控制层36中使用四方结构晶粒的情形中，磁性取向 控制层36中晶粒的(100)面可优选地沿平行于衬底31的表面的方向。
这里，在前述非磁性取向控制层37中的晶粒中可形成立方结构 和四方结构中的任何一种。非磁性取向控制层37中各晶粒从磁性取向 控制层36中各晶粒基于外延进行生长而得到。在非磁性取向控制层 37中使用立方结构晶粒的情形中，非磁性取向控制层37中晶粒的(100) 面可优选地沿平行于衬底31的表面的方向。如果磁性记录层38中的 晶粒从此类型的非磁性取向控制层37中的晶粒生长得到，则磁性记录 层38中晶粒的C轴——相应于易磁化轴——可沿垂直于衬底31的表 面的方向。在非磁性取向控制层37中使用四方结构晶粒的情形中，磁 性取向控制层36中晶粒的(100)面可优选地沿平行于衬底31的表面的 方向。如果磁性记录层38的晶粒从此类型的非磁性取向控制层37中 的晶粒生长得到，则磁性记录层38中晶粒的C轴——相应于易磁化 轴——可沿垂直于衬底31的表面的方向。在此情形中，例如，MgO膜可用作非磁性取向控制层37。