KR20090045767A

KR20090045767A - 수직자기 기록매체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090045767A
Application number: KR1020070111752A
Authority: KR
Inventors: 이후산; 오훈상
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-08
Also published as: US20090117409A1

Abstract

본 발명은 수직자기 기록매체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 개시된 수직자기 기록매체는 독립된 다수개의 제1자성체 영역과 상기 제1자성체 영역들 분리시키는 것으로 불순물이 주입되어 형성되는 제2자성체 영역으로 이루어진 기록층을 포함한다. 제1자성체 영역은 L1₀구조를 가지며, 제2자성체 영역에 주입되는 불순물은 이온 또는 분자 형태인 것을 특징으로 한다.

수직자기 기록매체, L10, 그레뉼러, 자기 이방성 에너지, 이온주입

Description

수직자기 기록매체 및 그 제조방법{Perpendicular Magnetic Recording Media and Method of Manufacturing the same}

본 발명은 수직자기 기록매체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 보다 작은 크기의 그레인을 가지면서도 자기 이방성 에너지가 큰 기록층을 구비한 수직자기 기록매체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 정보량의 급격한 증가로 보다 고밀도로 데이터를 기록/재생할 수 있는 정보기억장치가 요청되고 있다. 특히, 기록매체를 이용하는 자기기록장치는 대용량이면서 고속 액세스(access)가 가능하다는 특성으로 인해, 컴퓨터뿐만 아니라 각종 디지털 기기의 정보기억장치로서 주목받고 있다.

이러한 자기기록장치의 자기기록은 기록 방식에 따라 크게 수평자기기록 방식과 수직자기기록 방식으로 나눌 수 있다. 수평자기기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 평행하게 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이고, 수직자기기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 수직 방향으로 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이다. 기록 밀도 측면에서 볼 때, 수직자기기록 방식은 수평자기기록 방식보다 훨씬 유리하다.

수직자기 기록매체의 구조는 크게 기록자기장의 자화 경로를 만들어주는 연자성 바닥층(soft magnetic under layer)과 기록자기장에 의해 업/다운의 수직방향으로 자화되어 기록되는 기록층의 이중구조로 이루어진다.

수직자기 기록방식으로 고밀도 기록을 달성하기 위해서는, 기록된 데이터의 안정성 확보를 위한 기록층의 높은 보자력 및 수직 자기 이방성 에너지, 작은 그레인(grain) 크기 및 그레인들 간의 작은 교환 결합력(exchange coupling)에 의한 작은 자구(magnetic domain) 크기 등의 특징을 지닌 수직자기 기록매체가 요구된다.

상기 그레인이 수nm의 크기로 작아지면 열적 안정성에 문제가 발생하므로 그레인 크기가 작으면서 자기 이방성 에너지가 큰 물질을 형성할 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명은, 기록층의 그레인들이 열적으로 안정하고 미세하게 형성되고 자기 이방성 에너지가 큰 수직자기 기록매체 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직자기 기록매체는, 기판과; 상기 기판상에 독립된 다수개의 제1자성체 영역과 상기 제1자성체 영역들을 분리시키는 것으로 불순물이 주입되어 형성되는 제2자성체 영역으로 이루어진 기록층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직자기 기록매체의 제조방법은, 기판 상에 연속막 형태의 기록층을 형성하는 단계; 상기 기록층 상에 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 마스크를 통하여 상기 기록층에 불순물을 주입하여, 상기 기록층 내에 다수개의 제1자성체 영역과 상기 제1자성체 영역들을 분리시키는 제2자성체 영역을 형성하는 단계; 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있 을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직자기 기록매체의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면,상기 수직자기 기록매체(25)는 하부로부터 기판(10), 연자성 바닥층(12), 버퍼층(buffer layer)(14), 중간층(intermediate layer)(16), 기록층(recording layer)(18), 보호층(protection layer)(20), 및 윤활층(lubrication layer)(22)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.

상기 기판(10)은 주로 유리나 AlMg합금으로 형성될 수 있으며, 원반의 형상으로 제조될 수 있다.

상기 연자성 바닥층(12)은 자기기록시 기록 헤드로부터 발생하는 수직 자기 필드의 자로(magnetic path)를 형성하여 기록층에 정보가 기록되도록 하며, Fe, F1-Si합금, N1-Fe합금 또는 Co계 합금으로 형성될 수 있다. 상기 Co계 합금은 예를 들어, CoZrNb, CoFeZrNb 등이 될 수 있다.

상기 버퍼층(14)은 연자성 바닥층(12)과 기록층(18)과의 자기적 상호작용을 억제하는 역할을 하며, 예를 들어 Ti 또는 Ta로 형성될 수 있다.

상기 중간층(16)은 기록층(18)의 결정 배향성과 자기적 특성을 향상시키는 역할을 하며 다중층으로 이루어질 수도 있다. 상기 중간층을 이루는 물질은 기록층 물질과 그 구조에 따라 결정되는데, 예를 들어 Cr 합금 또는 MgO로 이루어질 수 있다.

상기 기록층(18)은 제1 및 제2자성체 영역(18a,18b)로 이루어지는 그레뉼러 형태의 CoPt 또는 FePt로 형성될 수 있다. 상기 기록층(18)은 도시하지는 않았으나 다중층으로 형성될 수 있다. 기록층(18)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

상기 보호층(20)은 상기 기록층(18)을 외부로부터 보호하기 위한 것으로 DLC(Diamond like Carbon)로 형성될 수 있으며, 상기 보호층(20) 상에는 자기헤드와의 충돌 및 습동(sliding)에 의한 헤드 및 보호층의 마모를 감소시키기 위해 테트라올(Tetraol) 윤활제 등으로 구비되는 윤활층(22)이 형성될 수 있다.

도 2는 도 1의 수직자기 기록매체의 기록층의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 기록층(18)은 그레뉼러 형태로 독립된 다수개의 제1자성체 영역(18a)과 상기 제1자성체 영역들을 분리시키는 제2자성체 영역(18b)으로 이루어진다. 고기록 밀도의 수직자기 기록매체를 구현하기 위해서는 기록층의 그레인 크기가 10nm 이하로 작게 형성되어야 하고, 그레인과 그레인 사이의 분리 상태를 유지시켜야 한다. 그러나 그레인 크기가 작아지면 열적으로 불안정하기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 자기 이방성 에너지가 큰 물질이 필요하다. 자기 이방성 에너지가 큰 물질로는 L1₀구조를 갖는 CoPt 또는 FePt가 있고, hcp구조의 CoPt가 있다. 상기 기록층은 L1₀구조의 CoPt 또는 FePt로 이루어질 수 있다.

상기 제1자성체 영역(18a)은 L1₀구조의 CoPt 또는 FePt로 이루어지며 그 영역의 직경은 4nm 내지 10nm일 수 있다. 상기 제1자성체 영역의 자기 이방성 에너지(Ku)는 10⁵erg/cc 내지 10⁸erg/cc 이다.

상기 제2자성체 영역(18b)은 상기 제1자성체 영역(18a)들을 분리시키기 위해 서 상기 제1자성체 영역과는 다른 특성을 나타낸다. 상기 제2자성체 영역(18b)은 L1₀구조의 CoPt 또는 FePt로 이루어지는 기록층 상의 상기 제1자성체 영역들을 분리시키고자 하는 영역에 불순물을 주입하여 형성된다. 상기 불순물은 He 이온, Ga 이온 등의 이온 형태이거나, B(boron)이 포함된 일정 부피의 B_nH_m (n과 m은 정수, 10< n, 0≤m≤22)과 같은 분자 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 분자는 B₁₈H₂₂ 형태일 수 있다. 상기 제2자성체 영역(18b)은 불순물 주입에 의하여 자기 이방성 에너지가 작아지거나 자성을 잃을 수도 있다. 이와 같이 불순물 주입에 의하여 자기 이방성 에너지가 작아지거나 자성을 잃는 현상은, 주로 불순물에 의해 자성체의 결정성이 깨지면서 나타나는 현상으로 이해될 수 있다. 상기 제2자성체 영역(18b)의 자기 이방성 에너지(Ku)는 10⁴erg/cc 이하일 수 있다. 상기 제2자성체 영역의 결정구조는 비정질 구조일 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직자기 기록매체의 제조공정을 나타내는 단면도들이다.

도 3a를 참조하면, 기판(40)상에 연자성 바닥층(42), 중간층(46) 및 기록층(48)을 순차적으로 형성한다. 상기 기록층(48)은 스퍼터링방법으로 350℃의 온도에서 FePt층을 연속막 형태의 L1₀구조로 결정화하여 형성할 수 있다. 가령, 증착 전에 기판(40)을 가열하고, 가열된 기판(40)이 냉각되기 전에 FePt층을 증착하여 L1₀구조로 결정화할 수 있다. 또는, 상기 기록층(48)은 FePt층을 형성한 후 열처리 공 정을 거쳐 L1₀구조로 결정화하여 형성할 수도 있다. 상기 중간층(46)은 상기 기록층이 L1₀구조로 잘 배향될 수 있도록 MgO층으로 형성할 수 있다.상기 연자성 바닥층(42)은 FeSi층으로 형성할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 연속막 형태로 결정화된 기록층(48) 상에 에칭 보호층(50)을 형성한 후 에칭 보호층(50)을 패터닝한다. 상기 에칭 보호층(50)은 실리콘 산화층 또는 다결정 실리콘층으로 이루어질 수 있다. 에칭 보호층(50)의 패터닝 방법으로 예를 들어, 나노입자(nanoparticle) 마스크 법을 이용할 수 있다. 나노입자 마스크 방법은, 도 3b에 도시되듯이, 나노입자(52)를 마스크로 이용하여 에칭 보호층(50)을 패터닝하는 방법이다. 상기 나노입자(52)는 금속성 재료 또는 반도체 재료로 이루어질 수 있으며, 그 직경은 약 5nm이다. 이러한 나노입자(52)들이 에칭 보호층(50)상에 얇게 도포되면, 나노입자(52)들의 틈새 자체가 소정의 패턴이 되어, 에칭 보호층(50)을 패터닝하는데 마스크로 사용될 수 있다. 이러한 나노입자 마스크를 바탕으로 에칭 보호층(50)을 패터닝한다. 에칭 보호층(50)의 패터닝은 예를 들어, IC1-RIE(Inductively Coupled Plasma1 - Reactive Ion Etching), RIE(Reactive Ion Etching)) 등의 고밀도 이온 식각 방법으로 할 수 있다. 이때, 나노입자(52)들의 틈새로 이루어지는 패턴은 반드시 규칙적인 패턴일 필요는 없으며, 나노입자(52)들의 크기 단위로 형성되는 것으로 충분하다.

다음으로, 도 3c 및 도 3d를 참조하면, 패터닝된 에칭 보호층(50′)을 통하여 기록층(48)에 Ga 이온(55)을 예를 들어, 10¹²~10¹³ 개/cm² 정도로 주입하고, 주입 이 완료되면 패터닝된 에칭 보호층(50′)와 나노입자(52)들을 제거한다. Ga 이온(55)은 기록층(48)의 자성변화를 일으키는 불순물의 한 예이다. 불순물은 He 이온이나, B_nH_m (n과 m은 정수, 10< n, 0≤m≤22)등이 될 수도 있다. 도 3d에 도시되듯이,상기 기록층(48′)내에는 Ga 이온이 주입되지 않은 약 5nm 크기의 L1₀구조를 갖는 제1자성체 영역(48a)과 Ga 이온이 주입된 제2자성체 영역(48b)이 형성된다. 상기 제2자성체 영역(62)은 이온 주입에 의해 자기 이방성 에너지가 낮아지거나 자성을 잃을 수도 있다. 상기 제2자성체 영역(48b)은 비정질 구조로 결정상태가 변할 수도 있다. 상기 제1자성체 영역(48a)들은 상기 제2자성체 영역(48b)에 의해 서로 분리되어 상기 기록층(48′)은 그레뉼러 형태로 형성된다. 패터닝된 에칭 보호층(50′)와 나노입자(52)들을 제거한 이후, 기록층(48′) 위에 보호층, 윤할층(미도시)들을 형성하는 공정이 이어질 수 있다.

본 실시예에서 기록층(48)에 이온을 주입하기 위하여, 먼저 에칭 보호층(50)을 나노입자 마스크법을 이용하여 패터닝한 후, 에칭 보호층(50′)의 패턴을 이용하여 이온주입한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 에칭 보호층의 형성 및 패터닝 단계를 생략하고, 기록층(48)상에 나노입자(52)를 도포하고, 그 위에 곧바로 불순물을 주입할 수도 있다.

이러한 본 발명인 수직자기기록매체 및 그 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 40...기판 12, 42...연자성 바닥층

14...버퍼층 16, 46...중간층

18, 48...기록층 20...보호층

22...윤활층 25...수직자기 기록매체

18a, 38a...제1자성체 영역 18b, 38b...제2자성체 영역

50...에칭 보호층 52...나노입자

Claims

기판;

상기 기판상에 독립된 다수개의 제1자성체 영역과, 상기 제1자성체 영역들을 분리시키는 것으로 불순물이 주입되어 형성되는 제2자성체 영역으로 이루어진 기록층을 포함하는 수직자기 기록매체.
제1항에 있어서,

상기 제1자성체 영역은 L1₀구조를 갖는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항에 있어서,

상기 기록층은 CoPt 또는 FePt로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1자성체 영역의 크기는 4nm 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1자성체 영역의 자기 이방성 에너지는 10⁵erg/cc 내지 10⁸erg/cc 인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 불순물은 이온 또는 분자 형태인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2자성체 영역의 자기 이방성 에너지는 10⁴erg/cc 이하인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2자성체 영역은 비정질 구조인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판과 기록층 사이에는 연자성 바닥층, 버퍼층 및 중간층 중 적어도 하나를 더 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체.
기판 상에 연속막 형태의 기록층을 형성하는 단계;

상기 기록층 상에 마스크를 형성하는 단계; 및

상기 마스크를 통하여 상기 자성층에 불순물을 주입하여, 상기 기록층 내에 독립된 다수개의 제1자성체 영역과 상기 제1자성체 영역들을 분리시키는 제2자성체 영역을 형성하는 단계;를 포함하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 연속막 형태의 자성층은 L1₀구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 기록층은 CoPt 또는 FePt로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 마스크를 형성하는 단계는 나노입자(nanoparticle) 마스크법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 마스크의 패턴 크기는 크기는 4nm 내지 10nm인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 불순물은 이온 또는 분자 형태인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제15항에 있어서,

상기 이온은 He이온 또는 Ga이온이고, 상기 분자는 일정 부피의 B_nH_m(n과 m이 정수, 10< n, 0≤m≤22)인 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2자성체 영역은 자기 이방성 에너지가 10⁴erg/cc 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직자기 기록매체 제조방법.