包含TiN-X中間層的磁堆的制作方法
【專利說明】包含TiN-X中間層的磁堆
【發明內容】
[0001] 本文討論的實施方式涉及包含基片、磁性記錄層以及所述基片與磁性記錄層之間 的TiN-X層的堆（stack)。例如，在TiN-X層中，X是包含MgO、TiO、Ti02、ZrN、ZrO、Zr02、HfN、HfO、AIN和A1203中至少一種的摻雜劑。
【附圖說明】
[0002] 圖la、lb、2a和2b是根據本文所討論的實施方式的磁堆（magneticstack)的橫 截面圖；
[0003] 圖3顯示了摻雜40體積％TiO#TiON中間層的Ti2p譜的高分辨率XPS分析結 果，其中I-一氧化物；II-氮化物；III-氮氧化物；
[0004] 圖4a顯示了具有各種Ti0x摻雜濃度的TiON中間層上生長的lOFePt的XRD譜；
[0005] 圖4b顯示了TiON晶格常數a和FePt晶格常數c隨TiO,雜濃度增加的變化。
[0006] 圖5a、5b和5c呈現了具有不同Ti0x摻雜濃度的TiON中間層上生長的10nmFePt 的SEM圖；
[0007] 圖6顯示了具有TiN-40體積％TiO#間層的FePt膜的高分辨率橫截面TEM圖；
[0008] 圖7顯示了具有各種Ti0x摻雜濃度的5nmTiON中間層上生長的lOnmFePt膜的 面內和面外M-H環；
[0009] 圖8顯示了具有各種Ti0x摻雜濃度的TiON中間層上沉積的一系列FePt(4nm) -35 體積％Si0x-20體積％C膜；
[0010] 圖9a和9d顯示了平視TEM圖，表明隨著TiO#間層中Ti0x摻雜濃度的增大，FePt 的粒度減小，粒度均勻性提高，晶粒分離加劇；
[0011] 圖9b、9c、9e和9f顯示了圖9a和9d的橫截面TEM圖；
[0012] 圖10顯示了XRD結果；
[0013] 圖11a和lib顯示了兩個樣品的特征的相似性；
[0014] 圖12表明，在具有不同Ti0x摻雜濃度的TiON中間層上生長的FePt-Si0x-C膜的 面外M-H環表現出與13k0e的高矯頑力類似的特征；
[0015] 圖13a顯示了面內和面外M-H環；
[0016] 圖13b顯示了具有40體積％Ti0x摻雜濃度的TiON中間層上生長的FePt(4nm)-45 體積％Si0x-25體積％C膜的平視TEM圖；
[0017] 圖13c顯示了樣品的橫截面TEM圖；
[0018] 圖14a顯示了具有各種Zr0x摻雜濃度的ZrTiON中間層上生長的10nmFePt膜的 XRD譜；
[0019] 圖14b顯示了根據積分峰強度比IM1/IM2和由XRD外推的FePt晶格常數c估計的 化學有序性；
[0020] 圖15a、15b和15c分別顯示了具有30體積％Zr0x摻雜濃度的ZrTiON中間層的 Zr3d、Ti2p和Nls譜的高分辨率XPS分析結果；
[0021] 圖16a呈現了沒有lOnmFePt磁性層的TiN-ZrOx 30體積％的平視TEM圖；
[0022] 圖16b呈現了具有10nmFePt磁性層的TiN-ZrOx 30體積％的平視TEM圖；
[0023] 圖16c表明，TiN-30體積％ZrOx中間層上生長的純FePt膜的粒度分布與ZrTiON 中間層的粒度分布一致；
[0024] 圖 17a_17d顯不了CrRu(30nm)/TiN(5nm) _ZrOx 40 體積％/FePt(10nm)膜的高分 辨率TEM圖；
[0025] 圖18顯示了具有不同ZrOx摻雜濃度的ZrTiON中間層上生長的lOnmFePt膜的面 外M_H環；
[0026] 圖19顯示了面內和面外矯頑力；
[0027] 圖20顯示了具有各種ZrOx摻雜濃度的ZrTiON中間層上生長的FePt(4nm) -SiOx 35體積％-C20體積％膜的XRD譜；
[0028] 圖21a、21b、21c和21d顯示了具有各種ZrOx摻雜濃度的ZrTiON中間層上生長的 FePt(4nm)-SiOx 35體積％-C20體積％膜的平視SEM圖和相應的統計粒度分布；
[0029] 圖 22 顯示了TiN和TiN-30 體積 ％Zr0x中間層上的FePt4nm-Si0x35%-C20% 膜的XRD譜；
[0030] 圖 23a和 23b顯示了TiN和TiN-30 體積％ZrOx中間層上的FePt4nm-Si0x35%-C 20%膜的]?-11環；
[0031] 圖 24a顯示了 35% (SiOx)+20 % (C)的摻雜濃度；
[0032] 圖 24b顯示了 40% (SiOx)+20 % (C)的摻雜濃度；
[0033] 圖 24c顯示了 45% (SiOx)+25 % (C)的摻雜濃度；
[0034] 圖25a、25b和25c分別顯示了圖24a、24b和24c的橫截面TEM圖；
[0035] 圖26a、26b和26c分別是圖24a、24b和24c的相應粒度分布；
[0036] 圖27匯總了FePt的面內和面外矯頑力；
[0037] 圖 28a顯示了 35% (SiOx)+20 % (C)的摻雜濃度；
[0038] 圖 28b顯示了 40% (SiOx)+20 % (C)的摻雜濃度；
[0039] 圖 28c顯示了 45% (SiOx)+25 % (C)的摻雜濃度；
[0040] 圖29a、29b和29c分別顯示了圖28a、28b和28c的平面TEM圖；
[0041] 圖30a、30b和30c分別是圖28a、28b和28c的相應粒度分布；
[0042] 圖 31a、31b和 31c顯示了TiN(5nm)-ZrOx 30 體積％上生長的FePt(4nm)-SiOx 35 體積％-C20體積％膜的高分辨率TEM圖；
[0043] 圖 32a、32b、32c、33a、33b、33c、34a、34b、34c顯示了TiN中間層中具有各種Zr〇J_ 雜濃度和FePt層中具有各種SiOx、C摻雜濃度的FePt樣品的面內和面外M-H環；
[0044] 圖35顯示了面內和面外矯頑力對Zr〇J_雜濃度的依賴關系。
【具體實施方式】
[0045] 由于記錄層中所用材料的高磁晶各向異性，熱輔助磁性記錄（HAMR)能夠延伸磁 記錄的面密度。為了形成HARM介質，可利用一個或多個亞層使高各向異性磁記錄層取向和 /或控制高各向異性磁記錄層的粒度。例如，對于包含FePt的記錄層，可利用這些亞層誘導 FePt膜的L10 (001)織構。FePt(或其他磁性層）的微結構取決于緊鄰的下方的亞層，所述 亞層所起的作用是控制磁性層的微結構，如C軸分散度和粒度。例如，亞層可提供以下一種 或多種性質：1)適合磁性層外延生長的晶格結構；2)化學穩定性和擴散阻擋層；以及3)適 合控制磁性層粒度和結晶取向的表面性質。
[0046] 本文所討論的實施方式涉及利用在磁堆中設置在基片與磁性記錄層之間的TiN-X 層。所述TiN-X層可為磁性記錄層提供上面所列的至少一些性質。除了促進磁性層外延生 長的取向[例如FePt(001)外延生長]之外，TiN-X層可支持磁性記錄層的晶粒兩相生長。 此外，TiN-X層還可提供規定大小的熱導率和/或阻止位于TiN-X層一側的磁性層與位于 TiN-X層相反側的層之間的相互擴散。
[0047] 根據多種實施方式，TiN-X中間層包含TiN和至少一種摻雜材料X，其中X可包含 MgO、TiO、Ti02、ZrN、ZrO、Zr02、HfN、HfO和Hf02、A1N和A1203中的一種或多種。在一些情況 下，摻雜劑X可以是這樣一種材料，其對應的金屬氮化物在298K下的生成熱不小于TiN的 338kJ/g?原子金屬（kj/g-atommetal)。在一些實施方式中，TiN-X層與包含CrRu和MgO 中一種或多種的軟磁性襯層結合使用。
[0048] 圖la顯示了包含TiN-X層110的磁堆100。在堆100中，TiN-X層位于磁性記錄 層120下方。如圖1所示，TiN-X層位于基片101與磁性記錄層120之間。在磁性記錄層 120上可設置保護性覆層或潤滑層150。磁性記錄層120是晶粒兩相層。磁性記錄層120的 第一相包含磁性晶粒121，第二相包含位于磁性晶粒121的晶粒邊界之間的非磁性隔離體 122。非磁性隔離體122可包含C、Si02、Al203、Si3N4、BN或其他替代性氧化物、氮化物、硼化 物或碳化物材料中的一種或多種。適用于磁性晶粒121的合適材料包括例如FePt、FeXPt 合金、FeXPd合金、C〇3Pt。盡管這些材料中的任何材料可以各種組合形式用于磁性層120， 本文提供的例子集中于FePt作為磁性記錄材料。在一些構造中，磁性記錄層包含FePt磁 性晶粒以及位于晶粒之間的包含SiOjPC的非磁性隔離體。磁性層可包含約35-45體積％ 的Si0x和約20體積％的(：。
[0049]TiN-X層110可包含TiN和摻雜劑X。TiN是一類具有面心立方晶格結構的間隙氮 化物陶瓷。TiN與FePt之間的晶格失配度為9. 5%，比MgO的稍大。當在TiN上生長FePt 時，可建立？6?以001)〈001>||11叭100)〈001>||51(100)〈001>取向關系。然而，？6?七與未 摻雜TiN之間的潤濕接觸可能導致難以通過用隔離材料摻雜FePt來減小FePt粒度。不 過，當用X摻雜TiN以形成TiN-X層110時，該問題可得到緩解。TiN-X層110可包含具有 TiN-X和/或TiN晶粒118的兩相晶粒層，其中至少一些X材料位于TiN-X和/或TiN晶粒 118的晶粒邊界119。
[0050]TiN-X層 110 中的摻雜劑X可包括例如MgO、TiO、Ti02、ZrN、ZrO、Zr02、HfN、HfO 和Hf02、AIN和A1203中的一種或多種。TiN-X層所具有的厚度可在約2nm-40nm的范圍內， 或者大于或等于約30nm。可對TiN-X層的厚度加以選擇，以滿足規定的熱設計標準。作為 TiN-X層的一個例子，X可以是Ti02，其中1102在TiN-X層中的含量大于0且小于或等于約 40體積％。當X是Ti02時，TiN-X層110的組成可以是TiOa45Na55。在這種情況下，磁性記 錄層可包括磁性晶粒（參見圖1中的元件121)，所述磁性晶粒在磁性層平面內的平均直徑 小于約8. 5nm。
[0051] 摻雜劑在TiN-X層中的含量可隨著離開基片的距離變化，如箭頭199所示，其中箭 頭199指向摻雜劑增加的方向。例如，X的含量可從基片101附近的0%變化到磁性記錄層 120附近的約30%或40%。
[0052] 作為TiN-X層的另一個例子，X可以是Zr02，其中2抑2在TiN-X層中的含量大于0 且小于或等于約30體積％。在此例子中，磁性記錄層可包括磁性晶粒121，所述磁性晶粒在 磁性層平面內的平均直徑小于約6nm。
[0053] 在一些實施方式中，磁堆可包括摻雜的TiN-X層111和未摻雜的TiN層112,如圖 lb所示。未摻雜的TiN層112位于襯層205與TiN-X層111之間。在一些采用TiN和TiN-X 層的構造中，TiN層可具有約2nm的厚度，TiN-X層可具有約3nm的厚度。TiN-X層111可 包含具有晶粒TiN-X和/或Ti