具有控制晶粒生长和结晶取向的种子层的结构的制作方法
具有控制晶粒生长和结晶取向的种子层的结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据存储系统，更具体地，本发明涉及一种具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构，其中该结构对磁记录介质尤其有用。
【背景技术】
[0002]薄膜的外延生长对许多现代技术而言非常重要。通过外延生长形成并具有择优结晶取向的薄膜对微电子器件、半导体电子、光电子、太阳能电池、传感器、存储器、电容器、探测器、记录介质等特别有用。因此，存在对于具有择优结晶取向的改善的外延膜以及制备其的方法的持续需求。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，一种结构包括:衬底；位于衬底上方的外延种子层，外延种子层包括多个成核区(nucleat1n reg1n)和多个非成核区；以及位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0004]根据另一实施例，一种方法包括:提供衬底；在衬底上方形成外延种子层；在外延种子层中限定多个成核区和多个非成核区；以及在外延种子层上方形成晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0005]这些实施例中的任一个都可以在磁性数据存储系统诸如磁盘驱动系统中实施，其可包括磁头、用于使磁介质(例如，硬盘)通过磁头的驱动机构、以及电耦合至磁头的控制器。
[0006]本发明的其它方面和优点将从下面的详细描述变得明显，当其与附图结合时，以下的详细描述通过示例的方式示出了本发明的原理。
【附图说明】
[0007]为了全面理解本发明的本质和优点以及使用的优选模式，应结合附图参考以下详细描述。
[0008]图1A-1C是根据各种实施例的用于形成具有结构化外延种子层的结构的方法的流程图。
[0009]图2是根据一个实施例的用于形成结构化外延种子层的方法的流程图。
[0010]图3是根据一个实施例的具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构的示意图。
[0011]图4是根据一个实施例的磁记录盘驱动系统的简化图。
[0012]图5是沉积在Pt (111)种子柱(seed pillar)的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层上的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0013]图6是显示Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的柱状生长与Pt (111)种子柱之间的配准(registry)的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0014]图7是沉积在Pt(Ill)种子柱的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的X射线衍射图案。
[0015]图8是在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的TEM图像，示出了从Pt到CoCrPt磁性层的晶面的连续性。
[0016]图9是在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的高分辨TEM图像，示出了从Pt到NiW到Ru层的晶面的外延对准(epitaxial alignment)。
[0017]图10A-10B分别是在愈合层(healing layer)沉积之前和之后布置在六方结构中的成核区的SEM图像。
[0018]图1IA-1IB分别是在愈合层沉积之前和之后布置在矩形结构中的成核区的SEM图像。
【具体实施方式】
[0019]下面的描述被进行以示出本发明的一般原理，并不意味着限制此处所要求保护的发明构思。此外，在每个不同的可能组合和排列中，此处描述的具体特征可以与另外描述的特征组合使用。
[0020]除非此处另有特别定义，所有术语都被赋予最宽的可能解释，包括从说明书暗示的涵义、以及由本领域技术人员理解的涵义和/或在字典、论文等中定义的涵义。
[0021]还必须注意，如在说明书和权利要求书中使用的，单数形式包括复数对象，除非另有明确说明。
[0022]同样如此处所用的，术语“约”表示确保所讨论特征的技术效果的准确区间。在各种方法中，当术语“约”与一个值组合时，指的是参考值的正负10%。例如，约1nm的厚度指的是10nm±lnm的厚度。
[0023]下面的描述中公开了基于磁盘的存储系统和/或相关的系统和方法以及其操作和/或部件的几个优选实施例。本发明尤其涉及一种具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构，其中该结构可以对磁记录介质和其它设备(例如，微电子、半导体电子、光电子、存储器、太阳能电池、电容器、探测器、传感器等)是有益的。
[0024]在一个一般性的实施例中，一种结构包括:衬底；位于衬底上方的外延种子层，夕卜延种子层包括多个成核区和多个非成核区；以及位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0025]在另一个一般性的实施例中，一种方法包括:提供衬底；在衬底上方形成外延种子层；在外延种子层中限定多个成核区和多个非成核区；以及在外延种子层上方形成晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0026]为了控制薄膜的生长，常常使用种子层，其包括成核点(nucleat1n site)以引导薄膜的生长。在种子层中成核点的位置通常由衬底上种子层生长的统计性质决定。因此，膜在这些成核点的生长可能导致不期望的特性，这是成核点的随机或接近随机定位的结果。例如，晶粒在这样的成核点的生长可能会导致:(I)晶粒的中心至中心的间隔(即间距)的宽分布；⑵晶粒尺寸的宽分布；及(3)晶界的增加的粗糙度。
[0027]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或减轻这些不期望的结果的一种方法可包括在种子层中故意/目的性地定位成核点。特别是，这可导致柱状结构的有意定位。这种方法，也被称为模板生长，可允许晶粒间距和/或晶粒尺寸的更好的均匀性、对晶粒至晶粒交换耦合的更好控制等等。
[0028]然而，仅仅将成核点放置在种子层的特定位置可能不会导致在其上形成的晶体层的精确结晶取向。样品(例如，磁记录层)中结晶取向的程度可以通过X射线衍射摇摆曲线测定，其提供结晶膜将反射给定波长的角度范围。X射线衍射(XRD)通常包括利用单色X射线辐射照射结晶样品，并检测衍射的X射线。为了产生XRD摇摆曲线，X射线源和探测器通常以特定的布拉格角度(即，结构干涉发生的角度)设置，并且样品相对于其倾斜。从而摇摆曲线用来测定衍射的X射线强度与入射角(该X射线源和样品之间的角度)的关系曲线。摇摆曲线宽度对应于所述曲线的半峰宽(FWHM)，其中所述峰值表示在所选择的布拉格角的最大X射线强度。窄摇摆曲线宽度对应于具有平行或基本平行的晶面(例如，具有窄分布的结晶取向的膜)的结晶样品。然而，缺陷如位错、弯曲(curvature)、堆垛层错或其它类似的晶面平行的中断，将导致摇摆曲线宽度变宽。
[0029]窄摇摆曲线宽度可以是被期望的，并有利于各种应用。例如，需要磁记录层的精确结晶取向以获得窄的开关场分布、较高的矫顽力、介质噪声降低以及高密度记录所需的其它磁特性。实现窄摆动角的一种方式是通过外延生长。外延生长指的是膜在晶体层(也被称为种子层，或外延种子层)上的生长，其中原子的原子排列连续使得结晶度和晶向得以保持。
[0030]因此，这里所公开的实施例描述了具有用于控制沉积于其上的材料的晶粒生长/位置和结晶取向的外延种子层的结构。在优选的方法中，所沉积的材料的生长可以经由阴影增长(shadow growth)、在外延种子层中的成核区和非成核区之间的局部自由能的差别(化学对比)、或其它这样的手段而通过外延种子层中的成核区成核，使得沉积材料的单个晶粒或其岛与成核区的位置配准。成核区本身可以由尚晶序的材料制成(该尚晶序的材料具有沿着垂直于外延种子层的上/顶面的轴线取向的特定轴)，形成与沉积在其上的材料具有大致外延关系的局部表面。因此，所沉积的材料可具有与外延种子层的成核区配准的晶粒或岛，以及具有高度的结晶取向(例如，通过小于6度的摆动角度测量的)。
[0031]现在参考图1A-1C，示出了根据一个实施例的用于形成具有外延种子层的结构的方法100。作为一选项，本发明的方法100可结合来自此处列出的任何其它实施例(诸如那些参照其它附图描述的)的特征被实施。当然，可以使用该方法100以及此处给出的其它方法来形成用于与磁记录相关或不相关的多种多样的设备和/或目的的结构。应当注意，根据各种实施例，方法100可以包括比图1A-1C中描述和/或示出的那些多或少的步骤。还应当注意，该方法100可以在任何期望的环境下进行。例如，与方法100相关联的一些或全部步骤可以在真空下(例如，在真空反应室)中进行。此外，虽然给出了示例性的加工技术(例如，沉积技术、蚀刻技术、抛光技术，等等)，但其它已知的处理技术也可以被用于各种步骤。
[0032]如图1A所示，方法100包括提供衬底102，在衬底102上方形成第一和第二底层(分别为104和106)，并在第一和第二底层(104，106)上方形成外延种子层108。见结构101。
[0033]衬底
[0034]在各种方法中，衬底102可以包括玻璃、陶瓷材料、玻璃/陶瓷混合物、AlMg、硅、碳化硅等。在具体的方法中，衬底102可以是适合于在磁记录介质中使用的任何衬底。
[0035]底层
[0036]在一些方法中，第一底层104和第二底层106可以每个包括一种或多种材料。在其它的方法，在第一底层104中存在的材料的至少一种、一些、或全部可以与在第二底层106中存在的材料相同或不同。在优选的方法中，第一和第二底层104、106中的至少一个可包括易氧化材料(例如，在含氧气氛中容易氧化的材料)。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106可包括非晶材料。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106的上表面可以是平滑的和/或平坦的，使得其上表面实质上沿着垂直于所述表面的面(法线)延伸。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106可包括NiTa和NiW中的至少之
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[0037]第一底层104和/或第二底层106可通过溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术沉积在衬底上方。
[0038]外延种子层
[0039]在各种方法中，外延种子层108可以包括选自由以下材料组成的组的材料:Pt、Pd、Au、Ru、Ir、Rh、RuAl、RuRh, Niff, MgO, Cr、TiN及其组合。在具体的方法中，外延种子层108可包括防腐材料，例如不氧化的材料，和/或在化学上是惰性的(例如不具有化学活性)的材料。
[0040]在另外的方法中，外延种子层108可以具有包含期望的和特定的结晶取向的物理特征。在许多方法中，适当的底层、沉积参数(例如沉积技术、温度、沉积能量等)的存在可便于/促进外延种子层108的期望结晶取向。在优选的方法中，在外延种子层108中的晶体(或晶粒)可以具有基本上沿着垂直于衬底的上表面的轴线的结晶取向。垂直于衬底102的上表面的轴线在图1A的结构101中由虚线箭头表示，也可以被称为衬底法线。
[0041]在一个具体的实施方式中，外延种子层108可以包括以面心立方(111)为主的晶体织构。在另一实施方式中，外延种子层108可包括以(002)为主的晶体织构。在各种方法中，外延种子层108的晶体织构可以促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构。例如，外延种子层108的(111)晶体织构可以促进NiAl (110)、Ru(002)和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外 ，外延种子层108的(002)晶体织构(例如Mg0(002))可以促进FePtLlci (001)附加层的生长。因此，在另外的方法中，可以选择外延种子层108材料及其晶体织构/取向，以促进在其上形成的附加层的生长和期望的晶体织构/取向(例如，具有恰当的晶格匹配的织构/取向)。
[0042]外延种子层108可经由溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺或本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它这样的技术而被沉积在第二底层106上。在另外的方法中，外延种子层108可以在150°C与800°C之间的升高的/高沉积温度下被沉积，以改善外延种子层108的形成/生长和/或结晶取向。
[0043]形貌对比
[0044]如另外在图1A中示出的，方法100包括将掩模110应用至外延种子层108。见结构103。在一些方法中，掩模是抗蚀剂、碳、或适于光刻图案转印的其它材料的模板掩模。
[0045]继续参考图1A，方法100进一步包括蚀刻外延种子层108以在外延种子层108中限定多个成核区112和多个非成核区114，从而形成结构化的外延种子层108。见结构105。蚀刻外延种子层108可包括通过高密度等离子体干法蚀刻(例如离子减薄(1n milling)、反应离子蚀刻(RIE)、深RIE等)、湿法蚀刻、或本领域已知的其它合适的蚀刻技术。在不同方法中，适当的蚀刻工艺的选择可取决于将被蚀刻的材料。例如，可以采用各向异性蚀刻从而至少在外延种子层108产生具有陡峭垂直侧壁的深蚀刻，如图1A中所示。在蚀刻工艺之后，掩模110可以由本领域中已知的任何合适的去除工艺被去除。
[0046]作为蚀刻的结果，非成核区114将相对于成核区112凹进，从而在结构化的外延种子层108提供形貌对比(topographic contrast)。在图1A所示的实施例中，蚀刻可以被终止在第一底层104内。参见例如结构105。因此，在这样的方法中，凹进的非成核区114的深度d可大于外延种子层108厚度te和第二底层106的厚度tu的总和。
[0047]在另一实施方式中，蚀刻可以被终止在第二底层106内，如图1B的结构113所示。因此，在这样的实施例中，凹进的非成核区114的深度d可大于外延种子层108的厚度，但小于等于外延种子层108和第二底层106的组合厚度。
[0048]在又一实施例中，蚀刻可以被终止在外延种子层108内，如图1C的结构121所示。因此，在这样的实施例中，凹进的非成核区114的深度d可约等于小于外延种子层108的厚度。
[0049]成核区112和非成核区114之间的形貌对比可以帮助促进沉积在外延种子层108上方的附加层的模板化外延生长。例如，形貌对比可以促进阴影增长效应，其中这些附加层的生长可以在凸起的成核区112增强，并在沟槽处(即凹进的非成核区114)减少。
[0050]如图1A-1C所示，成核区112可包括柱结构。这些柱结构的每个可具有包括但不限于正方形、矩形、八边形、六边形、三角形、圆形、椭圆形等的横截面形状，其中所述横截面垂直于衬底法线截取。重要的是注意，成核区112不限于柱结构，而可以采用小丘(mound)、台(mesa)、梯形、不规则形状等形式。但是，在优选的方法中，所有的或基本上所有的成核区112可具有相同的形式和/或横截面形状。
[0051]掩模110的应用和随后外延种子层108的蚀刻可以允许在其中所得的成核区112被目的性地定位。具体地，掩模110可以包含特征阵列，其中该特征具有期望的横截面形状和尺寸和/或该阵列具有在所述特征之间的期望中心到中心间隔(即，间距)分布。因此，应用这样的掩模I1至外延种子层108并随后蚀刻其暴露部分，将导致期望的图案转移。
[0052]因此，在各种方法中，结构化的外延种子层108可以包括成核区112的有序排列。有序度可通过分析在成核区112之间中心到中心的间隔(S卩，间距(P))的分布来量化。在许多方法中，该分布可近似采用对数正态分布的形式。有序度可以表示由[(σρ)/Ρ]*100%表示，其中σ P是该分布的半峰宽值，P是平均间距值。因此，在一个实施方式中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是高度有序的[即，(σρ)/Ρ < 10% )]。换句话说，成核区112可布置在外延种子层108中，使得每个成核区112之间的间隔是大约均一的。例如，在一种方法中，成核区112可布置成六方密堆(HCP)阵列。在另一实施方式中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是部分有序的[S卩，10%< (σρ)/P < 20% )]。在又一实施例中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是相对无序的[即，(σ p)/P > 20% )]。在另外的实施方式中，成核区112之间的中心到中心的间距可为约2至约30nmo
[0053]与成核区112的布置相关的有序度可以基于在其中可以使用经由方法100形成的最终结构的应用而被选择。例如，在最终的结构是垂直记录介质的方法中，成核区112的布置可以被选择为部分有序。备选地，在最终结构是图案化磁记录介质的方法中，成核区112的布置可选择为尚度有序。
[0054]在许多方法中，包含外延种子层108的材料、蚀刻工艺和最终的蚀刻深度可被选择以实现所述柱所需的成核区(例如，柱结构)的期望宽高比，和/或基于在蚀刻工艺之后将被暴露(并且可能氧化)的材料选择包含外延种子层108的材料、蚀刻工艺和最终的蚀刻深度。
[0055]用于形成结构化的外延种子层108的另一实施例在图2示出。作为一选择在图2中示出的，中间掩模层202 (例如碳层)可以被沉积在外延种子层108上方。见结构201。包括分散在基质材料208中的自组装纳米颗粒206的掩模204可被施加在外延种子层108和/或中间掩模层202 (如果存在)上方。在一些方法中，纳米颗粒206可包括小(例如，低于10nm)的晶粒，其芯由包括但不限于FeO、FePt, CdSe, CdTe, PbSe, Si等的一种或多种材料组成。在另外的方法中，基质材料208可以包括聚合物材料，如聚苯乙烯。纳米颗粒206可通过几种被广为接受的技术诸如旋涂、浸渍等被分散到基质材料208中。
[0056]还如图2所示，部分或全部的基质材料208可以被除去，留下纳米颗粒206以形成用于图案转印的掩模204的特征。见结构203。在除去基质材料208后，中间掩模层202和/或外延种子层108的任何暴露区域可以被蚀刻，以限定所述多个成核区112和所述多个非成核区114，由此形成结构化外延种子层108。见结构205。如上所讨论的，蚀刻可以根据不同方式终止在第一底层104内、第二底层106内或外延种子层108内。蚀刻之后，掩模204和中间掩模层202可以被去除。见结构207。
[0057]该纳米颗粒206可以以各种尺寸合成，并具有窄的尺寸分布。例如，在一些方法中，纳米颗粒206可以在具有2至7nm范围内的直径且直径分布小于10 %的方式被合成。在用于图案转印的掩模204中使用低于10nm的小纳米颗粒206可允许形成具有小的中心到中心间隔(例如低至Inm)的成核区112。然而，纳米颗粒206在基质材料208中的散布可能赋予中心至中心间隔(间距)的分布具有显示出部分但不完全有序的间距分布，即10%< σρ/Ρ< 20%;因而在一些方法中，用于图案转印的掩模204的使用可导致具有局部有序或相对无序的成核区布置的结构化外延种子层。
[0058]另一用于形成结构化外延种子层108的实施例可包括在图案转印中应用包括自组装嵌段共聚物的掩模。自组装嵌段共聚物通常包含彼此不混溶的两种或多种不同聚合嵌段成分。在合适的条件下，所述两种或多种不混溶的聚合嵌段成分分离成两个或更多个不同的纳米级的相或微畴，由此形成具有孤立纳米级结构单元的有序图案。在各种方法中，所述两个或更多不混溶的聚合嵌段成分可以形成球形、圆柱形或片状聚合的畴(domain)。其中一种聚合嵌段成分可以被选择性地去除以留下具有未被除去的成分的周期性图案的模板。
[0059]化学对比
[0060]再次参照图1A-1C。如先前所讨论的，与方法100相关的步骤中的一个、一些或全部可以在真空下发生。例如，准备衬底102、形成第一和第二底层(104、106)和外延种子层108、以及蚀刻外延种子层108可以在真空下进行。然而，在一些方法中，在蚀刻外延种子层108之后，所得到的结构可以从真空环境中取出并暴露于空气。因此，在其中外延种子层108的蚀刻终止在第一底层104 (例如，图1A的结构105)内的实施方式中，第一底层104的暴露区域可以在含氧气氛或工艺气体中被氧化。第一底层104的暴露的氧化区116的图示被示于图1A中的结构107中。
[0061]重要的是注意，终止于第一底层104内的蚀刻工艺也可以留下第二底层106的暴露部分，在另外的方法中其也可以在暴露于空气时氧化。然而，在其它的方法中，第二底层106和/或外延种子层108可包含一种或多种不氧化的材料，使得在蚀刻工艺终止于第一底层104内之后，仅第一底层104的暴露部分可以在暴露于空气时氧化。
[0062]另外，在外延种子层108的蚀刻终止于第二底层106 (例如图1B的结构113)内的实施方式中，第二底层106的暴露区域可以在含氧气氛中被氧化。第一底层的暴露的氧化区域118的图示被示于图1B中的结构115中。
[0063]第一和/或第二底层104、106的氧化区可以具有与外延种子层108的材料不同的表面自由能，从而提供成核区112和非成核区114之间的化学对比。该化学对比可能会导致一个或多个层优先(或选择性地)生长在外延种子层108中的成核区112上，从而在所述生长期间产生模板效应。
[0064]仅通过示例的方式，考虑当外延种子层108包括Pt且第一和第二底层(104、106)分别包括NiTa和NiW的情况。蚀刻到所述第一和/或第二底层(104、106)中将导致NiTa和/或NiW的暴露区。在去除硬掩模并暴露于空气之后，这些暴露区可形成TaOx和/或WOx,其将具有不同于Pt外延种子层108的表面自由能。
[0065]在另外的方法中，第一和/或第二底层104、106的氧化区可能膨胀，并降低非成核区114的深度(即，减小成核区112与非成核区114之间的高度差)。在一些方法中，氧化区的膨胀可以消除成核区112与非成核区114之间的高度差，使得成核区112和非成核114区的上表面基本上沿着垂直于衬底法线取向的同一平面定位。在成核区112和非成核区114之间没有高度差的方法中，在所述区之上生长的任意层可以由化学对比而不是形貌对比控制。然而，在优选的方法中，成核区112和非成核区114之间存在化学对比和形貌对比，以促进模板生长同时保留原始的、有目的地/故意配置的成核区。
[0066]成核区112和非成核区114之间的化学对比也可能导致外延种子层108的蚀刻终止于外延种子层108内(如图1C的结构121)的实施方式。例如，在一个实施方式中，外延种子层可以包括当暴露于空气中时氧化的材料。因此，在蚀刻和/或可选的清洁工艺后，夕卜延种子层108的所有暴露区可以被氧化，导致具有相同的被氧化的外延种子层材料以及相同的自由能的成核区和非成核区。然而，在一些方法中，然后，成核区112的顶部可以在非氧化气氛中(例如，在真空下)被清洁/抛光(例如，通过等离子蚀刻或其它已知的薄膜清洁工艺)以显露未被氧化的外延种子层材料，其将具有与非成核区114的被氧化的外延种子层材料不同的表面自由能。
[0067]重点的是注意，在另外的方法中，在外延种子层108的蚀刻终止在第一底层104和/或第二底层106内的情形下，成核 区112和非成核区114之间的化学对比仍可以在第一和/或第二底层104、106的任何暴露区域没有氧化的情况下实现。例如，这可以是在第一和/或第二底层104、106固有地具有与包括外延种子层108的材料不同的表面自由能的方法中的情形。另外，无论外延种子层的蚀刻终止在外延种子层108、第一底层104和/或第二底层106内，具有与外延种子层材料不同的表面自由能的附加材料可被沉积到非成核区114中。沉积在非成核区114上且深度小于外延种子层108的厚度的附加材料120的图示被示于图1C的结构123中。在一些方法中，在非成核区114的该附加材料的厚度可以约等于成核区112的厚度，使得其间没有形貌对比。然而，在优选的方法中，在非成核区114中的附加材料的厚度可以小于成核区112的厚度，使得其间存在化学对比和形貌对比。
[0068]此外，同样重要的是注意，在一些方法中，成核区112和非成核区114之间可能没有化学对比。因此，当成核区112和非成核区114之间仅存在形貌对比时，形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核；然而，所述层可以为低程度的结晶取向(例如，由6度或更大的摇摆曲线宽度测量)。相反，当形貌对比和化学对比二者都存在于成核区112和非成核区114之间时，形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核，并具有高度的结晶取向(例如，由小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0069]愈合层(healinglayer)
[0070]外延种子层108的蚀刻可以导致对其表面的损伤。因此，在一个实施例中，在蚀刻工艺之后和/或在外延种子层108上方形成任意层之前，方法100可以可选地包括清洁/抛光工艺。该可选的清洁/抛光工艺可以包括等离子体清洁工艺、热工艺或诸如本领域已知的其它适当的工艺。该可选的清洁/抛光工艺可有助于减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。此外，该可选的清洁/抛光工艺可有助于去除存在于外延种子层108、第二底层106和/或第一底层108的暴露表面上的任何不希望的氧化。
[0071]在一个实施方式中，愈合层122可直接在外延种子层108的上表面上形成，以帮助减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。分别见图1A、1B和IC的结构109、117和125。此愈合层122可以有助于提高附加层可以形成在其上的表面的结晶度。此愈合层122可以覆盖成核区112的顶部并填充其间的间隙(即，填充非成核区114)。愈合层122的材料也可以在每个成核区112上方成核，使得在成核区112上的愈合层122的厚度可以不同于(例如，优选地大于)在非成核区114上的愈合层122的厚度。
[0072]愈合层122可以通过溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术沉积而沉积在结构化外延种子层108上方。在另外的方法中，愈合层122可在升高的/高的沉积温度被沉积，以改善愈合层122的形成/生长和/或结晶取向。
[0073]在一些方法中，在直接于外延种子层108的上表面上形成愈合层122之前，外延种子层108的上表面可以或可以不被清洗。例如，在外延种子层108和/或第一和第二底层104、106的暴露表面被充分清洁以允许外延生长的方法中，愈合层122可被省略。备选地，在整个方法100在真空下进行的其它方法中，方法100可以不包括可选的清洁/抛光工艺和/或愈合层122直接在外延种子层108的上表面上的可选形成。
[0074]在一些方法中，愈合层122可以包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN, Rh、Ir和其组合组成的组的材料。在具体的方法中，愈合层122可包括防腐材料，例如不氧化的材料。
[0075]在具体的方法中，愈合层122可以包含具有期望的且特定的结晶取向的物理特征。在优选的方法中，愈合层122可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0076]在更优选的方法，愈合层122包括一种或多种材料，该一种或多种材料与外延种子层108的所述一种或多种材料相同和/或具有与其相同的晶体织构/结晶取向。其中愈合层122包括与外延种子层108相同的材料的方法是优选的，因为这样的愈合层将引入零界面能，并有助于使成核区112自蚀刻损伤恢复。不管通过蚀刻工艺产生的任何杂质和/或缺陷，在其中愈合层122和外延种子层108 二者均包括具有相同结晶取向的材料的情形下，愈合层122直接形成在外延种子层108上仍然可能导致在愈合层122上方形成的附加层的窄摆动角度(例如，小于6度，优选地小于3度)的织构生长。
[0077]在各种方法中，愈合层122可以具有与形成在其上的任何附加层的适当的或期望的晶格匹配。因此，在优选的方法中，愈合层122可以具有可促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构的自然生长取向。例如，愈合层122的(111)晶体织构可以促进NiAl (110)、Ru (002)和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外，愈合层122的(002)结晶织构可以促进FePtLlO (001)附加层的生长。因此，在另外的方法中，外延种子层108的材料及其晶体织构/结晶取向可以被选择，以促进在其上形成的附加层的生长和所需结晶织构/结晶取向(例如，具有恰当的晶格匹配的织构/取向)。
[0078]附加层
[0079]方法100还包括在外延种子层108和/或愈合层122 (如果存在)上方形成一个或多个附加层124。分别见图1A、1B和IC的结构111、119和127。这些附加层124的每个可以是非磁性的或磁性的、结晶的或非结晶的。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果，所述一个或多个附加层124相对于成核区112的生长被启动。此外，在所述一个或多个附加层124的生长期间，当表面形貌持续，例如经由阴影效应，其中的晶面的外延对准随着生长继续也可以向上传播。因此，所得到的一个或多个附加层124可表现出高度的结晶取向(由例如小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0080]在各种方法中，所述一个或多个附加层124中的至少一个可以是磁记录层。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果，一个或多个磁性晶粒可以在成核区112处成核，从而导致磁性晶粒或磁岛生长在期望的且目的性定位的位置处。除了成核区112与磁性晶粒或磁岛之间的配准之外，磁记录层也可以具有高度的结晶取向(如由小于6度的摇摆曲线宽度测量的)，其中每个磁性晶粒可以基本上沿着衬底法线取向。在优选的方法中，磁记录层可具有约2nm至约30nm之间的晶粒间距。在另外的优选方法中，磁记录层可以包括已知的隔离(segregant)材料，以帮助隔离磁性晶粒或磁岛。
[0081]所述一个或多个附加层124可以经由溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术而被沉积在外延种子层108或愈合层122上方。在另外的方法中，所述一个或多个附加层124可在升高的/高的沉积温度被沉积，以改善所述层的柱状生长和/或结晶取向。
[0082]应用/用途
[0083]在具体的方法中，此处公开的结构，如通过方法100形成的那些结构，对磁记录介质可以是特别有用的。磁记录介质自20世纪50年代被推出后已经得到发展。正在不断进行努力以增加磁介质的面记录密度(即，位密度(bit density))。为了提高记录密度，垂直记录介质(PMR)已经被开发并被发现优于纵向记录介质。在PMR中，位磁化在膜平面外取向，而在纵向记录介质中，位磁化基本上在膜平面内取向。
[0084]磁介质的面记录密度也可以通过改善磁性晶粒的磁行为(例如晶粒之间磁交换的分布)和结构分布(如晶粒间距分布)得以提高。因此，一种用于改善磁性晶粒的磁行为和结构分布的方法可以包括改善被写入的位(bit)的形状和位置。例如，磁记录介质可以包括包含成核区以引导磁性晶粒的生长的种子层。通常，在常规磁记录介质中的磁性晶粒可以在由衬底(例如磁盘表面)上的种子层的生长的统计性质决定的成核点处开始生长。这样的生长可能导致若干不期望的结果，诸如:(I)晶粒的中心至中心间隔(即间距)的宽分布，这可能导致过于接近的晶粒之间的不希望的交换耦合；(2)晶粒尺寸的宽分布，其中具有较大尺寸的晶粒更难写入并增加写入抖动(write jitter)，并且具有较小尺寸的晶粒的热稳定性更差；以及(3)晶界并因而磁位边缘的增加的粗糙度，从而进一步导致写入抖动。
[0085]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或减轻这些不期望后果的一种方法包括故意/目的性地在种子层中定位成核点从而生长用于磁性介质的柱结构以及控制晶粒尺寸和/或位置的分布。该方法，也被称为模板生长，可以允许晶粒间距和/或晶粒尺寸较好的均匀性，对于晶粒到晶粒交换耦合的较好控制等。在种子层中故意/目的性地定位成核点的系统和/或相关方法的实例可以在均通过整体引用结合于此的美国专利N0.8，048，546和美国专利申请N0.13/772，110中找到。
[0086]然而，目的性地将成核点定位在种子层的特定位置处可能不会导致形成于其上的磁记录层(多个)的精确结晶取向。在磁记录层中精确的结晶取向，如由窄摇摆曲线宽度测量的，被需要来获得窄的开关场分布、较高的矫顽力、介质噪声的降低以及高密度记录所需的其它磁特性。在优选的方法中，磁记录层可以具有小于等于3度的摇摆曲线宽度。然而，仅包含模板生长对准(而没有实现精确结晶取向的装置)的磁记录层可以具有约6至7度的摇动曲线宽度。
[0087]在磁记录介质中实现较高表面密度的一种备选方法包括使用图案化的记录介质。在图案化的记录介质中，在PMR中形成位(bit)的磁性晶粒的全体被替换为先验性地放置在磁盘上在写传感器期望找到该位从而写入信息以及在回读传感器期望检测存储于其上的信息的位置处的单个岛。换句话说，在图案化的记录介质中，在盘上的磁记录层被图案化成在同心数据磁道中的隔离磁区。为了减少隔离的磁性区或岛之间的磁矩以便形成图案，磁性材料被破坏、除去或其磁矩大量减少或被消除，在其间留下非磁性区。
[0088]存在两种类型的图案化磁记录介质:分离磁道介质(DTM)和位图案化介质(BPM)。对于DTM，隔离的磁性区形成磁性材料的同心数据磁道，其中所述数据磁道通过非磁性材料的同心凹槽而彼此径向分隔。在BPM中，隔离的磁性区形成通过非磁性材料彼此隔离的单独的位或数据岛。在BPM中的每个位或数据岛包括单一磁畴，它可以由单个磁性晶粒或几个强親合的晶粒组成，这些强親合的晶粒如同单个磁积(magnetic volume) 一样一致地切换磁态。
[0089]用于生成BPM的一种方法可包括在衬底上沉积磁性材料(具有适当的底层)的整个连续膜，随后利用掩模(例如光刻掩模)通过蚀刻超过磁性层来限定磁岛的周边。然而，随着面密度增大，以该方式限定磁岛日益具有挑战性。另外新出现的问题是随着磁岛尺寸减小，蚀刻宽度(并因此蚀刻深度)也必须减小，以便维持在每个磁岛中的磁性材料的大填充系数。这可以将磁性层限制为越来越小的总厚度。因此，需要一种改进的手段来产生被目的性定位的磁岛。此外，类似于PMR介质，BPM也必然由于高结晶取向而实现充分的磁特性，诸如低的固有开关场分布。
[0090]此处公开的各种实施例描述了在磁记录介质中使用的结构，以及制作其的方法，它实现了目的性地定位具有高结晶取向的磁岛、在每个岛中的磁性材料的大填充系数、明确限定的磁岛、窄的晶粒分布、以及对磁记录层没有蚀刻损伤的理想磁特性。在优选的实施方 式中，这些结构对于图案化的记录介质、位图案化磁记录介质、和/或热辅助磁记录(HAMR)介质特别有用。
[0091]图3示出根据一个实施例的用作磁记录介质的结构300。作为一种选择，本结构300可以结合来自此处列出的任何其它实施方式的特征(例如参照其它图的描述那些)被实施。当然，结构300和此处呈现的其它结构可以被用于各种应用和/或在此处列出的示例性实施例中可以被具体地或不具体描述的变型中。
[0092]如图3所示，结构包括非磁性衬底302，其可包括玻璃、陶瓷材料、玻璃/陶瓷混合物、AlMg、硅、碳化硅、或由本领域技术人员在阅读本公开后将看出的适于在磁记录介质使用的其它衬底材料。在一种可选的方法中，结构300可以包括在衬底302上方的可选粘结层，以促进在其上方形成的层的结合。
[0093]还如图3所示，结构300包括位于衬底上方的第一底层304。第二底层306被另外地定位在第一底层304上方。在一种方法中，第一底层304和/或第二底层306可包括易受氧化的材料(例如，在含氧气氛中容易氧化的材料)。在另一种方法中，第一底层304和/或第二底层306可包括非晶材料。在另一方法中，第一底层304和/或第二底层306可以包括NiTa和NiW中的至少一种。在优选的方法中，第一底层304和/或第二底层306的上表面可以是平滑的和/或平坦的，使得其上表面大致沿正交于表面的面(法线)延伸。
[0094]该结构300还包括位于第二底层306上方的结构外延种子层308。在一些方法中，外延种子层108可以包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN及其组合组成的组的材料。在另外的方法，外延种子层308可包括防腐材料，例如不氧化和/或在化学上是惰性(例如，非化学活性的)的材料。
[0095]在另外的方法中，外延种子层308可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。垂直于衬底302的上表面的轴线由如图3中所示的虚线箭头表示，并且也可以被称为在衬底法线。
[0096]在一个具体的方法中，外延种子层308可以具有被选择和/或配置为促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构的晶体织构。例如，在一个实施方式中，夕卜延种子层308可包括以(111)为主的晶体织构，其可以促进NiAl (110)、Ru(002)、和/或CoCrPt (002)附加层的生长。在另一实施方式中，外延种子层308可包括以(002)为主的晶体织构，其可以促进FePtLlc1 (001)附加层的生长。
[0097]如进一步在图3中所示，结构化外延种子层308包括多个成核区310和多个非成核区312。非成核区312相对于成核区310凹进，从而在结构化外延种子层308中提供形貌对比。在图3中所示的实施例中，凹进的非成核区312可延伸到第一底层304，使得凹进的非成核区312的深度可以大于结构化外延种子层308的厚度和第二底层106的厚度。然而，重要的是注意，在其它方法中，凹进的非成核区312可以仅延伸到第二底层306，或可以不延伸经过外延种子层308的底表面(例如，凹进的非成核区312的深度可以等于或小于结构化外延种子层308的厚度te)。
[0098]成核区310可包括柱结构，如图3所示。这些柱结构的每个可以具有包括但不限于正方形、矩形、八边形、六边形、三角形、圆形、椭圆形等的横截面形状，其中所述横截面垂直于衬底法线截取。然而，再次重要的是注意，成核区310不限于柱结构，而是可以采用小丘(mound)、台、梯形、不规则形状等形式。
[0099]在一些方法中，结构化外延种子层308可以包括高有序排列的成核区310。与成核区310的排列相关的高有序可以对于位图案化的记录介质是有利的。在其它的方法中，结构化外延种子层308可以包括局部有序排列的成核区310，其对垂直记录介质是有利的。在另外的方法中，结构化外延种子层308可以包括相对无序排列的成核区310。
[0100]在另外的方法，成核区310之间的中心到中心的间距可为约2至约30nm。
[0101]仅仅依靠形貌对比可能不能产生形成于外延种子层308上方的理想的或期望的结构和/或属性的附加层(例如，磁记录膜叠层)。例如，在外延种子层308仅包括形貌对比的方法中，沉积在其上的材料可能趋于填充凸起的成核区310之间的谷(即非成核区312)，以最小化表面能。因此，沉积在外延种子层308上的厚的层/膜可以最小化/或最终消除形貌对比。用于避免该最小化和/或最终消除形貌对比的一种方法包括在外延种子层之上沉积非常薄的膜(例如，厚度小于6nm的膜)。然而，非常薄的膜可能无法帮助外延种子层308从蚀刻损伤恢复，这可能会在覆盖的磁记录层中引入大的晶粒尺寸变化，以及与对于磁记录介质308所期望的相比，更高的摆动角度和更宽的开关场分布。
[0102]因此，在优选的方法中，外延种子层308可以包括在成核区310和非成核区312之间的形貌对比和化学对比。在更优选的方法中，在非成核区312的材料和将被沉积在其上的材料之间可能存在大的界面能，在目的性定位的成核区310与将被沉积在其上的材料之间存在小的界面能。这促使在外延种子层308上沉积的外延生长材料仅在成核区310处成核并生长。此外，形貌对比将得以维持和/或增强。此外，在外延种子层308上方较厚的膜沉积是可能的，这会最小化晶粒尺寸变化、开关场分布和摇动角度。
[0103]在其它方法中，外延种子层308可以仅包括化学对比。在这样的方法中，单独的化学对比可足以保持成核区310的结构。沉积在外延种子层308上方的附加层可以在成核区310处成核，从而形成与成核区310配准的柱结构。因此，仅具有化学对比的外延种子层上方的附加层的生长仍可导致附加层内的形貌对比。
[0104]另外如图3所示，在成核区310和非成核区312之间，除了形貌对比之外，还可以存在化学对比。例如，成核区310可包括第一材料314，非成核区312可包括第二材料316，其中第一和第二材料具有不同的表面自由能。在一种方法中，第一材料314可以是不在含氧气氛中氧化的材料，而第二材料316可包括氧化物。在另外的方法中，第二材料316可以包括氮化物、非晶材料、金属等，只要第二材料具有不同于第一种材料的表面自由能。
[0105]在一个具体的方法中，第一材料314可以是Pt，而第二材料可以是TaOx和/或WOx0
[0106]图3的结构300还可以包括直接位于结构化外延种子层308上的可选的愈合层318。如图3所示，该可选的愈合层318可以覆盖成核区310和非成核区312。
[0107]在一种方法中，愈合层318 可以包括从由 Pt、Pd、Au、Ru、Ir、Rh、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN及其组合组成的组选出的材料。在具体的方法中，愈合层318可包括防腐材料，例如不氧化的材料。在另外的方法中，愈合层可以包括与结构外延种子层308相同的材料。
[0108]在其它方法中，愈合层318可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0109]在具体的方法中，愈合层318可以具有与结构化外延种子层308和/或在其上形成的附加层匹配的接近的晶格。例如，在一种方法中，愈合层318可以具有(111)晶体织构，其可以促进NiAl (110)、Ru (002)、和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外，在另一方法中，愈合层318可以具有(002)晶体织构，其可以促进FePtLIci(OOl)附加层的生长。组成定向和结晶定向的FePt合金层可以在HAMR介质中使用。
[0110]在另一些方法中，愈合层318可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0111]具有与结构化外延种子层308相同的材料和/或结晶取向的愈合层318的存在，可能会使形成在愈合层318上方的附加层的摇摆角度(rocking angle)增加至少I度。
[0112]除了减少和/或消除蚀刻/图案转印损伤之外，愈合层318还可以最小化与沉积于其上的一个或多个磁记录层相关的开关场分布。在没有愈合层的方法中，所述一个或多个磁记录层的外延生长并因此介质属性可以受成核区310的大小和/或形状限制。例如，如果没有愈合层，外延种子层308中的成核区310的尺寸和/或形状变化可得以保持。然而，在包括愈合层318的方法中，成核区310可以生长和/或被改变，这可能最终缩小最后的成核区的尺寸、形状和/或间距分布。因此，愈合层318的存在不仅可以减少和/或消除与成核区310相关联的蚀刻损伤，而且还可以使成核区310的尺寸、形状和/或间距变化最小化。图10A-10B示出了与愈合层沉积之后设置为六边形结构的成核区相关联的尺寸、形状、和/或间距变化的减少。同样地，图11A-11B与愈合层沉积之后设置为矩形结构的成核区相关联的尺寸、形状、和/或间距变化的减少。
[0113]因此，在优选的方法中，结构300包括用于模板生长的愈合层318。然而，在存在最小至没有蚀刻损伤和/或成核区310之间有最小的或可接受的尺寸、形状和间距变化的情形下，在多种方法中可以省略愈合层318。
[0114]如图3所示，结构300包括一个或多个附加层320。在优选的方法中，所述一个或多个附加层形成磁介质膜叠层。例如，在一种方法中，每个层322和324可独立地包括W、Ru、NiW及其组合。此外，层326可以是由多个铁磁性晶粒组成的材料制成的磁记录层。一个或更多的磁性晶粒可以在每个成核区310处成核，从而导致在成核区310处柱形磁性晶粒或岛状生长。磁记录层326的材料可以包括但不限于Cr、Fe、Ta、N1、Mo、Pt、W、Cr、Ru、T1、S1、0、V、Nb、Ge、B、Pd。磁记录材料还可以包括具有Co、Pt、Cr、Nb和Ta中的至少两种的合金。磁记录层326也可以是多层膜，例如具有交替层叠的Co和Pd或Pt。
[0115]单独的磁性晶粒和/或磁岛(例如，由多个磁性晶粒组成)可以通过分离体(segregant) 328被分离。如图3所示，分离体328被定位在非成核区312上方。分离体328可以包括Ta、W、Nb、V、Mo、B、S1、Co、Cr、T1、Al等的氧化物和/或氮化物、或C或Cr或本领域中已知的任何合适的非磁性分离体材料。
[0116]在各种方法中，磁记录层326可以具有高度的结晶取向(如由具有小于6度的摇摆曲线宽度所测量的)，其中每个磁性颗粒可以基本上沿衬底法线取向。在优选的方法中，磁记录层326可表现出小于3度的摇摆曲线宽度。
[0117]在优选的方法中，结构300可以是垂直记录介质，因此磁记录层326的磁化方向将在大致垂直于记录层表面的方向上。此外，结构300也可以是特别有益于作为在成核区310和磁性颗粒之间给予配准的图案化的磁记录介质(例如位图案化磁记录介质)。
[0118]也如图3所示，该结构可包括在一个或多个附加层320上方的外覆层330。在优选的方法中，外覆层328的厚度可以在大约Inm至5nm之间。
[0119]在一种方法中，外覆层330可以是被配置为至少保护磁记录层330免受磨损、腐蚀等的保护性外覆层。该保护性外覆层可以由例如类金刚石碳、娃氮化物、BN或B2C等、或诸如由本领域技术人员阅读本公开后可以理解的其它适合作保护性外覆层的材料。外覆层330的厚度例如在大约Inm至5nm之间。
[0120]在另一方法中，外覆层330可以是被配置为调解(mediate)磁性晶粒的晶粒间耦合的盖层。该盖层可以包括例如含Co和其它材料的合金。
[0121]在各种方法中，结构300可以包括盖层和保护性外覆层。在另外的方法中，润滑层(图3中未示出)也可存在于盖层和/或保护性外覆层 上方。
[0122]图4示出了可以与磁性介质(诸如图3的结构300) —起运行的磁盘驱动器400的一个实施例。如图4所示，至少一个可旋转的磁性介质(例如，磁盘)412被支撑在心轴(spindle)414上，并通过可以包括磁盘驱动电机418的驱动机构旋转。每个磁盘上的磁记录通常为磁盘412上的同心数据磁道(未示出)的环形图案的形式。这样，磁盘驱动电机418优选地将磁盘412传送通过磁性读/写部分421，下面即将描述。
[0123]至少一个滑块413定位在磁盘412附近，根据此处描述和/或提议的任何方法，每个滑块413支撑例如磁头的一个或多个磁性读/写部分421。在盘旋转时，滑块413沿径向移进移出磁盘表面422，使得部分421可进入磁盘的期望数据被记录和/或待写入的不同轨道。每个滑块413通过悬架415的方式附接到致动器臂419。悬架415提供使滑块413倚着磁盘表面422偏置的微弹力。每个致动器臂419被连接到一致动器427。如图4中所示的致动器427可以是音圈电机(VCM)。VCM包括在固定的磁场内可移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制器429供给的电机电流信号控制。
[0124]在磁盘存储系统的操作期间，磁盘412的旋转在滑块413和磁盘表面422之间产生空气轴承，其在滑块上施加向上的力或提升力。从而在正常操作期间，空气轴承反平衡悬架415的微弹力，并通过小的、基本恒定的间距支撑滑块413离开磁盘表面且在磁盘表面的稍上方。注意，在一些实施例中，滑块413可以沿磁盘表面422滑动。
[0125]磁盘存储系统的各个部件在操作中通过由控制器429产生的控制信号诸如访问控制信号和内部时钟信号控制。通常，控制单元429包括逻辑控制电路、存贮器(例如，存储器)和微处理器。在一优选的方法中，控制单元429电耦合(例如，经由金属线(wire)、电缆、线路(line)等)至所述一个或多个磁性读/写部分421，用于控制其操作。控制单元429产生控制信号以控制各种系统操作，诸如在线路423上的驱动电机控制信号、线路428上的磁头定位和寻找信号。在线路428上的控制信号提供期望的电流分布以最佳地移动并定位滑块413至磁盘412的所需数据磁道。读和写信号通过记录通道425被传入和传出读/写部分421。
[0126]典型的磁盘存储系统的以上描述与图4的所附图示仅用于说明目的。应当显而易见的是，磁盘存储系统可包含大量的磁盘和致动器，并且每个致动器可以支持多个滑块。
[0127]还可以提供接口，用于磁盘驱动器和主机(内部或外部)之间的通信从而发送和接收数据，并用于控制磁盘驱动器的操作以及将磁盘驱动器的状态通信到主机，所有如将被本领域的技术人员所理解的。
[0128]在一典型的磁头中，感应(induce)写入部分包括嵌入在一个或多个绝缘层(绝缘叠层)中的线圈层，该绝缘叠层位于第一和第二磁极片层之间。通过在磁头(有时被称为磁盘驱动器中的ABS)的介质面对侧处或附近的间隙层而在写入部分的第一和第二磁极片层之间形成间隙。磁极片层可以在背面间隙处相连。电流被引导穿过在磁极片中产生磁场的线圈层。磁场以跨介质面对侧处的间隙为边缘，以在移动介质上的轨道中，诸如在旋转的磁盘上的圆形轨道中写入磁场信息的位。
[0129]第二磁极片层具有从介质面对侧延伸到扩张点(flare point)的磁极端部以及从该扩张点延伸到背面间隙的磁轭部。扩张点是在第二磁极片开始变宽(展开)以形成磁轭的位置。扩张点的放置直接影响被产生用于在记录介质上写入信息的磁场的大小。
[0130]重要的是注意，此处公开的结构不限于磁记录介质。而是，此处公开的结构，其可包括具有目的性定位的成核区和/或优选的结晶取向的种子层，也可以用于微电子器件、半导体电子、光电子、太阳能电池、传感器、存储器、电容器、探测器、记录介质等。
[0131]实施例
[0132]下面的非限制性实例提供用作磁记录介质的结构的一个实施例，其中，所述结构包括用于控制晶粒生长和覆盖层的结晶取向的种子层。重要的是注意，以下示例仅是为了说明性目的且不以任何方式限制本发明。还应该理解的是，该示例的变化和修改可以由本领域技术人员进行而不脱离本发明的精神和范围。
[0133]该示例性结构的形成包括在衬底上沉积NiTa底层；在NiTa底层上沉积NiW底层；以及在NiTa底层上沉积Pt (111)种子层。然后蚀刻Pt(Ill)种子层，以形成Pt (111)种子柱的六方阵列。NiTa和NiW底层的区域分别通过蚀刻工艺被穿透并暴露于形成TaOx和WOx的氧。因此，促进具有优选的(111)晶体织构的Pt种子柱的织构被设置为TaOx和WOx的矩阵。因此，形成包括具有高结晶取向的Pt(Ill)种子柱(即成核区)的模板，以促进外延生长和其间的由相对于种子柱具有化学对比(例如，不同的表面自由能)的氧化物材料组成的谷/沟槽(即非成核区)。
[0134]然后，一系列层[Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)]被沉积在该模板上(即在Pt(Ill)种子柱和非成核区上方)。沉积在Pt(Ill)种子柱的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的扫描电子显微镜(SEM)图像被示于图5中。图5的SEM图像示出了完全沉积的磁性介质岛位于在Pt (111)种子柱上。此外，极向克尔(Polar Kerr)测量显示了大的矫顽力和大的(负)的成核场，进一步说明该磁介质岛是隔离的。另外，静电测试仪磁记录(static tester magnetic recording)测量也表明，这些磁介质岛是磁性不可分割的(这是位图案化的记录介质所需要的)。
[0135]由于阴影效应，Pt(Ill)种子柱和非成核区之间的形貌促进Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的柱结构的柱状生长。图6是示出该柱状生长与Pt(Ill)种子柱之间的配准的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0136]此外，Pt(Ill)种子柱和非成核区之间的化学对比促进了 Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层中的高度结晶取向。此外，X射线数据表明，沉积在Pt(Ill)种子柱顶部的Pt层充当织构愈合层，恢复足够的表面有序度以确保随后沉积的层的良好的窄摇摆角度。图7提供了与模板生长后的PT/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层相关联的X射线衍射数据，优良的垂直织构，Ru的FWHM为2.1度。磁摆动角是大约2.8度。此外，图8提供了在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的TEM图像，显示了从Pt到CoCrPt磁性层的晶格面的连续性。图9提供了另一高分辨TEM图像，显示了从Pt到NiW到Ru层的晶格面的外延对准。
[0137]应当注意的是，此处呈现的用于各种实施例中的至少一些的方法可以全部或部分地在计算机硬件、软件、用手、使用特殊的设备等、及其组合来实施。
[0138]此外，任何的结构和/或步骤可使用已知的材料和/或技术来实现，如对于本领域技术人员在阅读本说明书后会变得显而易见的。
[0139]此处公开的发明构思已经以示例的方式被提出，以说明其在多个说明性场景、实施方式和/或实施例中的无数功能。应当理解的是，一般性地公开的构思将被认为是组合的，并且可以在任何组合、置换、或合成中实现。此外，本领域普通技术人员在阅读直接描述时可以理解的当前公开的特征、功能和构思的任何修改、变更或等效物，也应被认为在本公开的范围内。
[0140]虽然以上已经描述了多个实施例，但是应当理解的是，它们只是示例的方式被提出，而不是限制。因此，本发明实施例的广度和范围不应受任何上述示例性实施例中的任何实施例限制，而是应当仅根据权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种结构，包括: 衬底； 位于该衬底上方的外延种子层，所述外延种子层包括多个成核区和多个非成核区；和 位于所述外延种子层上的晶体层， 其中，所述外延种子层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。2.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层在所述成核区和所述非成核区之间包括化学对比和形貌对比中的至少一种。3.如权利要求1所述的结构，其中所述成核区包括第一材料，所述非成核区包括第二材料，其中所述第一和第二材料具有不同的表面自由能。4.如权利要求3所述的结构，其中所述第二材料包括氧化物。5.如权利要求1所述的结构，其中所述非成核区相对于所述成核区凹进。6.如权利要求5所述的结构，其中所述凹进的非成核区的深度大于所述外延种子层的厚度。7.如权利要求5所述的结构，其中所述凹进的非成核区的深度大约等于或小于所述外延种子层的厚度。8.如权利要求1所述的结构，其中所述成核区包括柱结构。9.如权利要求1所述的结构，其中所述非成核区的间距在约2nm至约30纳米之间。10.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh, Niff, MgO, Cr、TiN及其组合组成的组的材料。11.如权利要求1所述的结构，还包括直接沉积在所述外延种子层的上表面上的愈合层O12.如权利要求11所述的结构，其中所述愈合层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。13.如权利要求1所述的结构，还包括位于所述外延种子层下方且在所述衬底上方的一个或多个底层。14.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括(111)结晶织构。15.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括(002)结晶织构。16.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括有序排列的成核区。17.如权利要求1所述的结构，还包括位于所述晶体层上方的盖层和保护性外覆层的至少一个。18.如权利要求1所述的结构，其中所述晶体层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。19.如权利要求1所述的结构，其中所述晶体层是磁记录层。20.如权利要求19所述的结构，其中所述磁记录层包括磁性材料和非磁性材料，其中所述磁性材料被定位在所述外延种子层中的所述成核区上，所述非磁性材料被定位在所述外延种子层中的所述非成核区上。21.一种磁数据存储系统，包括: 至少一个磁头， 如权利要求20所述的结构； 用于使所述结构经过所述至少一个磁头的驱动机构；以及 电耦合到所述至少一个磁头的控制器，用于控制所述至少一个磁头的操作。22.—种用于形成权利要求1的结构的方法，该方法包括: 提供所述衬底； 在所述衬底上方形成所述外延种子层； 在所述外延种子层中限定所述多个成核区和所述多个非成核区；以及 在所述外延种子层上方形成所述晶体层。23.如权利要求22所述的方法，其中在所述外延种子层中限定所述多个成核区和所述多个非成核区包括在所述成核区和所述非成核区之间形成化学对比和形貌对比中的至少一种。24.如权利要求23所述的方法，其中形成所述成核区和所述非成核区之间的所述形貌对比包括: 在所述外延种子层上方提供掩模层；以及 除去所述外延种子层的暴露区。
【专利摘要】根据一个实施例，一种结构包括：衬底；位于该衬底上方的外延种子层，外延种子层包括多个成核区和多个非成核区；和位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底的上表面的轴线的结晶取向。
【IPC分类】G11B5/48, C30B25/16, G11B5/66
【公开号】CN104900243
【申请号】CN201510204261
【发明人】B·A·格尼, E·杨, Q·朱
【申请人】Hgst荷兰公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月28日
【公告号】DE102015002345A1, US20150248909
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据存储系统，更具体地，本发明涉及一种具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构，其中该结构对磁记录介质尤其有用。
【背景技术】
[0002]薄膜的外延生长对许多现代技术而言非常重要。通过外延生长形成并具有择优结晶取向的薄膜对微电子器件、半导体电子、光电子、太阳能电池、传感器、存储器、电容器、探测器、记录介质等特别有用。因此，存在对于具有择优结晶取向的改善的外延膜以及制备其的方法的持续需求。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，一种结构包括:衬底；位于衬底上方的外延种子层，外延种子层包括多个成核区(nucleat1n reg1n)和多个非成核区；以及位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0004]根据另一实施例，一种方法包括:提供衬底；在衬底上方形成外延种子层；在外延种子层中限定多个成核区和多个非成核区；以及在外延种子层上方形成晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0005]这些实施例中的任一个都可以在磁性数据存储系统诸如磁盘驱动系统中实施，其可包括磁头、用于使磁介质(例如，硬盘)通过磁头的驱动机构、以及电耦合至磁头的控制器。
[0006]本发明的其它方面和优点将从下面的详细描述变得明显，当其与附图结合时，以下的详细描述通过示例的方式示出了本发明的原理。
【附图说明】
[0007]为了全面理解本发明的本质和优点以及使用的优选模式，应结合附图参考以下详细描述。
[0008]图1A-1C是根据各种实施例的用于形成具有结构化外延种子层的结构的方法的流程图。
[0009]图2是根据一个实施例的用于形成结构化外延种子层的方法的流程图。
[0010]图3是根据一个实施例的具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构的示意图。
[0011]图4是根据一个实施例的磁记录盘驱动系统的简化图。
[0012]图5是沉积在Pt (111)种子柱(seed pillar)的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层上的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0013]图6是显示Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的柱状生长与Pt (111)种子柱之间的配准(registry)的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0014]图7是沉积在Pt(Ill)种子柱的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的X射线衍射图案。
[0015]图8是在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的TEM图像，示出了从Pt到CoCrPt磁性层的晶面的连续性。
[0016]图9是在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的高分辨TEM图像，示出了从Pt到NiW到Ru层的晶面的外延对准(epitaxial alignment)。
[0017]图10A-10B分别是在愈合层(healing layer)沉积之前和之后布置在六方结构中的成核区的SEM图像。
[0018]图1IA-1IB分别是在愈合层沉积之前和之后布置在矩形结构中的成核区的SEM图像。
【具体实施方式】
[0019]下面的描述被进行以示出本发明的一般原理，并不意味着限制此处所要求保护的发明构思。此外，在每个不同的可能组合和排列中，此处描述的具体特征可以与另外描述的特征组合使用。
[0020]除非此处另有特别定义，所有术语都被赋予最宽的可能解释，包括从说明书暗示的涵义、以及由本领域技术人员理解的涵义和/或在字典、论文等中定义的涵义。
[0021]还必须注意，如在说明书和权利要求书中使用的，单数形式包括复数对象，除非另有明确说明。
[0022]同样如此处所用的，术语“约”表示确保所讨论特征的技术效果的准确区间。在各种方法中，当术语“约”与一个值组合时，指的是参考值的正负10%。例如，约1nm的厚度指的是10nm±lnm的厚度。
[0023]下面的描述中公开了基于磁盘的存储系统和/或相关的系统和方法以及其操作和/或部件的几个优选实施例。本发明尤其涉及一种具有用于控制覆盖层的晶粒生长和结晶取向的种子层的结构，其中该结构可以对磁记录介质和其它设备(例如，微电子、半导体电子、光电子、存储器、太阳能电池、电容器、探测器、传感器等)是有益的。
[0024]在一个一般性的实施例中，一种结构包括:衬底；位于衬底上方的外延种子层，夕卜延种子层包括多个成核区和多个非成核区；以及位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0025]在另一个一般性的实施例中，一种方法包括:提供衬底；在衬底上方形成外延种子层；在外延种子层中限定多个成核区和多个非成核区；以及在外延种子层上方形成晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0026]为了控制薄膜的生长，常常使用种子层，其包括成核点(nucleat1n site)以引导薄膜的生长。在种子层中成核点的位置通常由衬底上种子层生长的统计性质决定。因此，膜在这些成核点的生长可能导致不期望的特性，这是成核点的随机或接近随机定位的结果。例如，晶粒在这样的成核点的生长可能会导致:(I)晶粒的中心至中心的间隔(即间距)的宽分布；⑵晶粒尺寸的宽分布；及(3)晶界的增加的粗糙度。
[0027]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或减轻这些不期望的结果的一种方法可包括在种子层中故意/目的性地定位成核点。特别是，这可导致柱状结构的有意定位。这种方法，也被称为模板生长，可允许晶粒间距和/或晶粒尺寸的更好的均匀性、对晶粒至晶粒交换耦合的更好控制等等。
[0028]然而，仅仅将成核点放置在种子层的特定位置可能不会导致在其上形成的晶体层的精确结晶取向。样品(例如，磁记录层)中结晶取向的程度可以通过X射线衍射摇摆曲线测定，其提供结晶膜将反射给定波长的角度范围。X射线衍射(XRD)通常包括利用单色X射线辐射照射结晶样品，并检测衍射的X射线。为了产生XRD摇摆曲线，X射线源和探测器通常以特定的布拉格角度(即，结构干涉发生的角度)设置，并且样品相对于其倾斜。从而摇摆曲线用来测定衍射的X射线强度与入射角(该X射线源和样品之间的角度)的关系曲线。摇摆曲线宽度对应于所述曲线的半峰宽(FWHM)，其中所述峰值表示在所选择的布拉格角的最大X射线强度。窄摇摆曲线宽度对应于具有平行或基本平行的晶面(例如，具有窄分布的结晶取向的膜)的结晶样品。然而，缺陷如位错、弯曲(curvature)、堆垛层错或其它类似的晶面平行的中断，将导致摇摆曲线宽度变宽。
[0029]窄摇摆曲线宽度可以是被期望的，并有利于各种应用。例如，需要磁记录层的精确结晶取向以获得窄的开关场分布、较高的矫顽力、介质噪声降低以及高密度记录所需的其它磁特性。实现窄摆动角的一种方式是通过外延生长。外延生长指的是膜在晶体层(也被称为种子层，或外延种子层)上的生长，其中原子的原子排列连续使得结晶度和晶向得以保持。
[0030]因此，这里所公开的实施例描述了具有用于控制沉积于其上的材料的晶粒生长/位置和结晶取向的外延种子层的结构。在优选的方法中，所沉积的材料的生长可以经由阴影增长(shadow growth)、在外延种子层中的成核区和非成核区之间的局部自由能的差别(化学对比)、或其它这样的手段而通过外延种子层中的成核区成核，使得沉积材料的单个晶粒或其岛与成核区的位置配准。成核区本身可以由尚晶序的材料制成(该尚晶序的材料具有沿着垂直于外延种子层的上/顶面的轴线取向的特定轴)，形成与沉积在其上的材料具有大致外延关系的局部表面。因此，所沉积的材料可具有与外延种子层的成核区配准的晶粒或岛，以及具有高度的结晶取向(例如，通过小于6度的摆动角度测量的)。
[0031]现在参考图1A-1C，示出了根据一个实施例的用于形成具有外延种子层的结构的方法100。作为一选项，本发明的方法100可结合来自此处列出的任何其它实施例(诸如那些参照其它附图描述的)的特征被实施。当然，可以使用该方法100以及此处给出的其它方法来形成用于与磁记录相关或不相关的多种多样的设备和/或目的的结构。应当注意，根据各种实施例，方法100可以包括比图1A-1C中描述和/或示出的那些多或少的步骤。还应当注意，该方法100可以在任何期望的环境下进行。例如，与方法100相关联的一些或全部步骤可以在真空下(例如，在真空反应室)中进行。此外，虽然给出了示例性的加工技术(例如，沉积技术、蚀刻技术、抛光技术，等等)，但其它已知的处理技术也可以被用于各种步骤。
[0032]如图1A所示，方法100包括提供衬底102，在衬底102上方形成第一和第二底层(分别为104和106)，并在第一和第二底层(104，106)上方形成外延种子层108。见结构101。
[0033]衬底
[0034]在各种方法中，衬底102可以包括玻璃、陶瓷材料、玻璃/陶瓷混合物、AlMg、硅、碳化硅等。在具体的方法中，衬底102可以是适合于在磁记录介质中使用的任何衬底。
[0035]底层
[0036]在一些方法中，第一底层104和第二底层106可以每个包括一种或多种材料。在其它的方法，在第一底层104中存在的材料的至少一种、一些、或全部可以与在第二底层106中存在的材料相同或不同。在优选的方法中，第一和第二底层104、106中的至少一个可包括易氧化材料(例如，在含氧气氛中容易氧化的材料)。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106可包括非晶材料。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106的上表面可以是平滑的和/或平坦的，使得其上表面实质上沿着垂直于所述表面的面(法线)延伸。在另一些方法中，第一底层104和/或第二底层106可包括NiTa和NiW中的至少之
O
[0037]第一底层104和/或第二底层106可通过溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术沉积在衬底上方。
[0038]外延种子层
[0039]在各种方法中，外延种子层108可以包括选自由以下材料组成的组的材料:Pt、Pd、Au、Ru、Ir、Rh、RuAl、RuRh, Niff, MgO, Cr、TiN及其组合。在具体的方法中，外延种子层108可包括防腐材料，例如不氧化的材料，和/或在化学上是惰性的(例如不具有化学活性)的材料。
[0040]在另外的方法中，外延种子层108可以具有包含期望的和特定的结晶取向的物理特征。在许多方法中，适当的底层、沉积参数(例如沉积技术、温度、沉积能量等)的存在可便于/促进外延种子层108的期望结晶取向。在优选的方法中，在外延种子层108中的晶体(或晶粒)可以具有基本上沿着垂直于衬底的上表面的轴线的结晶取向。垂直于衬底102的上表面的轴线在图1A的结构101中由虚线箭头表示，也可以被称为衬底法线。
[0041]在一个具体的实施方式中，外延种子层108可以包括以面心立方(111)为主的晶体织构。在另一实施方式中，外延种子层108可包括以(002)为主的晶体织构。在各种方法中，外延种子层108的晶体织构可以促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构。例如，外延种子层108的(111)晶体织构可以促进NiAl (110)、Ru(002)和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外 ，外延种子层108的(002)晶体织构(例如Mg0(002))可以促进FePtLlci (001)附加层的生长。因此，在另外的方法中，可以选择外延种子层108材料及其晶体织构/取向，以促进在其上形成的附加层的生长和期望的晶体织构/取向(例如，具有恰当的晶格匹配的织构/取向)。
[0042]外延种子层108可经由溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺或本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它这样的技术而被沉积在第二底层106上。在另外的方法中，外延种子层108可以在150°C与800°C之间的升高的/高沉积温度下被沉积，以改善外延种子层108的形成/生长和/或结晶取向。
[0043]形貌对比
[0044]如另外在图1A中示出的，方法100包括将掩模110应用至外延种子层108。见结构103。在一些方法中，掩模是抗蚀剂、碳、或适于光刻图案转印的其它材料的模板掩模。
[0045]继续参考图1A，方法100进一步包括蚀刻外延种子层108以在外延种子层108中限定多个成核区112和多个非成核区114，从而形成结构化的外延种子层108。见结构105。蚀刻外延种子层108可包括通过高密度等离子体干法蚀刻(例如离子减薄(1n milling)、反应离子蚀刻(RIE)、深RIE等)、湿法蚀刻、或本领域已知的其它合适的蚀刻技术。在不同方法中，适当的蚀刻工艺的选择可取决于将被蚀刻的材料。例如，可以采用各向异性蚀刻从而至少在外延种子层108产生具有陡峭垂直侧壁的深蚀刻，如图1A中所示。在蚀刻工艺之后，掩模110可以由本领域中已知的任何合适的去除工艺被去除。
[0046]作为蚀刻的结果，非成核区114将相对于成核区112凹进，从而在结构化的外延种子层108提供形貌对比(topographic contrast)。在图1A所示的实施例中，蚀刻可以被终止在第一底层104内。参见例如结构105。因此，在这样的方法中，凹进的非成核区114的深度d可大于外延种子层108厚度te和第二底层106的厚度tu的总和。
[0047]在另一实施方式中，蚀刻可以被终止在第二底层106内，如图1B的结构113所示。因此，在这样的实施例中，凹进的非成核区114的深度d可大于外延种子层108的厚度，但小于等于外延种子层108和第二底层106的组合厚度。
[0048]在又一实施例中，蚀刻可以被终止在外延种子层108内，如图1C的结构121所示。因此，在这样的实施例中，凹进的非成核区114的深度d可约等于小于外延种子层108的厚度。
[0049]成核区112和非成核区114之间的形貌对比可以帮助促进沉积在外延种子层108上方的附加层的模板化外延生长。例如，形貌对比可以促进阴影增长效应，其中这些附加层的生长可以在凸起的成核区112增强，并在沟槽处(即凹进的非成核区114)减少。
[0050]如图1A-1C所示，成核区112可包括柱结构。这些柱结构的每个可具有包括但不限于正方形、矩形、八边形、六边形、三角形、圆形、椭圆形等的横截面形状，其中所述横截面垂直于衬底法线截取。重要的是注意，成核区112不限于柱结构，而可以采用小丘(mound)、台(mesa)、梯形、不规则形状等形式。但是，在优选的方法中，所有的或基本上所有的成核区112可具有相同的形式和/或横截面形状。
[0051]掩模110的应用和随后外延种子层108的蚀刻可以允许在其中所得的成核区112被目的性地定位。具体地，掩模110可以包含特征阵列，其中该特征具有期望的横截面形状和尺寸和/或该阵列具有在所述特征之间的期望中心到中心间隔(即，间距)分布。因此，应用这样的掩模I1至外延种子层108并随后蚀刻其暴露部分，将导致期望的图案转移。
[0052]因此，在各种方法中，结构化的外延种子层108可以包括成核区112的有序排列。有序度可通过分析在成核区112之间中心到中心的间隔(S卩，间距(P))的分布来量化。在许多方法中，该分布可近似采用对数正态分布的形式。有序度可以表示由[(σρ)/Ρ]*100%表示，其中σ P是该分布的半峰宽值，P是平均间距值。因此，在一个实施方式中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是高度有序的[即，(σρ)/Ρ < 10% )]。换句话说，成核区112可布置在外延种子层108中，使得每个成核区112之间的间隔是大约均一的。例如，在一种方法中，成核区112可布置成六方密堆(HCP)阵列。在另一实施方式中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是部分有序的[S卩，10%< (σρ)/P < 20% )]。在又一实施例中，在结构化的外延种子层108中的成核区112的布置可以是相对无序的[即，(σ p)/P > 20% )]。在另外的实施方式中，成核区112之间的中心到中心的间距可为约2至约30nmo
[0053]与成核区112的布置相关的有序度可以基于在其中可以使用经由方法100形成的最终结构的应用而被选择。例如，在最终的结构是垂直记录介质的方法中，成核区112的布置可以被选择为部分有序。备选地，在最终结构是图案化磁记录介质的方法中，成核区112的布置可选择为尚度有序。
[0054]在许多方法中，包含外延种子层108的材料、蚀刻工艺和最终的蚀刻深度可被选择以实现所述柱所需的成核区(例如，柱结构)的期望宽高比，和/或基于在蚀刻工艺之后将被暴露(并且可能氧化)的材料选择包含外延种子层108的材料、蚀刻工艺和最终的蚀刻深度。
[0055]用于形成结构化的外延种子层108的另一实施例在图2示出。作为一选择在图2中示出的，中间掩模层202 (例如碳层)可以被沉积在外延种子层108上方。见结构201。包括分散在基质材料208中的自组装纳米颗粒206的掩模204可被施加在外延种子层108和/或中间掩模层202 (如果存在)上方。在一些方法中，纳米颗粒206可包括小(例如，低于10nm)的晶粒，其芯由包括但不限于FeO、FePt, CdSe, CdTe, PbSe, Si等的一种或多种材料组成。在另外的方法中，基质材料208可以包括聚合物材料，如聚苯乙烯。纳米颗粒206可通过几种被广为接受的技术诸如旋涂、浸渍等被分散到基质材料208中。
[0056]还如图2所示，部分或全部的基质材料208可以被除去，留下纳米颗粒206以形成用于图案转印的掩模204的特征。见结构203。在除去基质材料208后，中间掩模层202和/或外延种子层108的任何暴露区域可以被蚀刻，以限定所述多个成核区112和所述多个非成核区114，由此形成结构化外延种子层108。见结构205。如上所讨论的，蚀刻可以根据不同方式终止在第一底层104内、第二底层106内或外延种子层108内。蚀刻之后，掩模204和中间掩模层202可以被去除。见结构207。
[0057]该纳米颗粒206可以以各种尺寸合成，并具有窄的尺寸分布。例如，在一些方法中，纳米颗粒206可以在具有2至7nm范围内的直径且直径分布小于10 %的方式被合成。在用于图案转印的掩模204中使用低于10nm的小纳米颗粒206可允许形成具有小的中心到中心间隔(例如低至Inm)的成核区112。然而，纳米颗粒206在基质材料208中的散布可能赋予中心至中心间隔(间距)的分布具有显示出部分但不完全有序的间距分布，即10%< σρ/Ρ< 20%;因而在一些方法中，用于图案转印的掩模204的使用可导致具有局部有序或相对无序的成核区布置的结构化外延种子层。
[0058]另一用于形成结构化外延种子层108的实施例可包括在图案转印中应用包括自组装嵌段共聚物的掩模。自组装嵌段共聚物通常包含彼此不混溶的两种或多种不同聚合嵌段成分。在合适的条件下，所述两种或多种不混溶的聚合嵌段成分分离成两个或更多个不同的纳米级的相或微畴，由此形成具有孤立纳米级结构单元的有序图案。在各种方法中，所述两个或更多不混溶的聚合嵌段成分可以形成球形、圆柱形或片状聚合的畴(domain)。其中一种聚合嵌段成分可以被选择性地去除以留下具有未被除去的成分的周期性图案的模板。
[0059]化学对比
[0060]再次参照图1A-1C。如先前所讨论的，与方法100相关的步骤中的一个、一些或全部可以在真空下发生。例如，准备衬底102、形成第一和第二底层(104、106)和外延种子层108、以及蚀刻外延种子层108可以在真空下进行。然而，在一些方法中，在蚀刻外延种子层108之后，所得到的结构可以从真空环境中取出并暴露于空气。因此，在其中外延种子层108的蚀刻终止在第一底层104 (例如，图1A的结构105)内的实施方式中，第一底层104的暴露区域可以在含氧气氛或工艺气体中被氧化。第一底层104的暴露的氧化区116的图示被示于图1A中的结构107中。
[0061]重要的是注意，终止于第一底层104内的蚀刻工艺也可以留下第二底层106的暴露部分，在另外的方法中其也可以在暴露于空气时氧化。然而，在其它的方法中，第二底层106和/或外延种子层108可包含一种或多种不氧化的材料，使得在蚀刻工艺终止于第一底层104内之后，仅第一底层104的暴露部分可以在暴露于空气时氧化。
[0062]另外，在外延种子层108的蚀刻终止于第二底层106 (例如图1B的结构113)内的实施方式中，第二底层106的暴露区域可以在含氧气氛中被氧化。第一底层的暴露的氧化区域118的图示被示于图1B中的结构115中。
[0063]第一和/或第二底层104、106的氧化区可以具有与外延种子层108的材料不同的表面自由能，从而提供成核区112和非成核区114之间的化学对比。该化学对比可能会导致一个或多个层优先(或选择性地)生长在外延种子层108中的成核区112上，从而在所述生长期间产生模板效应。
[0064]仅通过示例的方式，考虑当外延种子层108包括Pt且第一和第二底层(104、106)分别包括NiTa和NiW的情况。蚀刻到所述第一和/或第二底层(104、106)中将导致NiTa和/或NiW的暴露区。在去除硬掩模并暴露于空气之后，这些暴露区可形成TaOx和/或WOx,其将具有不同于Pt外延种子层108的表面自由能。
[0065]在另外的方法中，第一和/或第二底层104、106的氧化区可能膨胀，并降低非成核区114的深度(即，减小成核区112与非成核区114之间的高度差)。在一些方法中，氧化区的膨胀可以消除成核区112与非成核区114之间的高度差，使得成核区112和非成核114区的上表面基本上沿着垂直于衬底法线取向的同一平面定位。在成核区112和非成核区114之间没有高度差的方法中，在所述区之上生长的任意层可以由化学对比而不是形貌对比控制。然而，在优选的方法中，成核区112和非成核区114之间存在化学对比和形貌对比，以促进模板生长同时保留原始的、有目的地/故意配置的成核区。
[0066]成核区112和非成核区114之间的化学对比也可能导致外延种子层108的蚀刻终止于外延种子层108内(如图1C的结构121)的实施方式。例如，在一个实施方式中，外延种子层可以包括当暴露于空气中时氧化的材料。因此，在蚀刻和/或可选的清洁工艺后，夕卜延种子层108的所有暴露区可以被氧化，导致具有相同的被氧化的外延种子层材料以及相同的自由能的成核区和非成核区。然而，在一些方法中，然后，成核区112的顶部可以在非氧化气氛中(例如，在真空下)被清洁/抛光(例如，通过等离子蚀刻或其它已知的薄膜清洁工艺)以显露未被氧化的外延种子层材料，其将具有与非成核区114的被氧化的外延种子层材料不同的表面自由能。
[0067]重点的是注意，在另外的方法中，在外延种子层108的蚀刻终止在第一底层104和/或第二底层106内的情形下，成核 区112和非成核区114之间的化学对比仍可以在第一和/或第二底层104、106的任何暴露区域没有氧化的情况下实现。例如，这可以是在第一和/或第二底层104、106固有地具有与包括外延种子层108的材料不同的表面自由能的方法中的情形。另外，无论外延种子层的蚀刻终止在外延种子层108、第一底层104和/或第二底层106内，具有与外延种子层材料不同的表面自由能的附加材料可被沉积到非成核区114中。沉积在非成核区114上且深度小于外延种子层108的厚度的附加材料120的图示被示于图1C的结构123中。在一些方法中，在非成核区114的该附加材料的厚度可以约等于成核区112的厚度，使得其间没有形貌对比。然而，在优选的方法中，在非成核区114中的附加材料的厚度可以小于成核区112的厚度，使得其间存在化学对比和形貌对比。
[0068]此外，同样重要的是注意，在一些方法中，成核区112和非成核区114之间可能没有化学对比。因此，当成核区112和非成核区114之间仅存在形貌对比时，形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核；然而，所述层可以为低程度的结晶取向(例如，由6度或更大的摇摆曲线宽度测量)。相反，当形貌对比和化学对比二者都存在于成核区112和非成核区114之间时，形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核，并具有高度的结晶取向(例如，由小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0069]愈合层(healinglayer)
[0070]外延种子层108的蚀刻可以导致对其表面的损伤。因此，在一个实施例中，在蚀刻工艺之后和/或在外延种子层108上方形成任意层之前，方法100可以可选地包括清洁/抛光工艺。该可选的清洁/抛光工艺可以包括等离子体清洁工艺、热工艺或诸如本领域已知的其它适当的工艺。该可选的清洁/抛光工艺可有助于减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。此外，该可选的清洁/抛光工艺可有助于去除存在于外延种子层108、第二底层106和/或第一底层108的暴露表面上的任何不希望的氧化。
[0071]在一个实施方式中，愈合层122可直接在外延种子层108的上表面上形成，以帮助减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。分别见图1A、1B和IC的结构109、117和125。此愈合层122可以有助于提高附加层可以形成在其上的表面的结晶度。此愈合层122可以覆盖成核区112的顶部并填充其间的间隙(即，填充非成核区114)。愈合层122的材料也可以在每个成核区112上方成核，使得在成核区112上的愈合层122的厚度可以不同于(例如，优选地大于)在非成核区114上的愈合层122的厚度。
[0072]愈合层122可以通过溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术沉积而沉积在结构化外延种子层108上方。在另外的方法中，愈合层122可在升高的/高的沉积温度被沉积，以改善愈合层122的形成/生长和/或结晶取向。
[0073]在一些方法中，在直接于外延种子层108的上表面上形成愈合层122之前，外延种子层108的上表面可以或可以不被清洗。例如，在外延种子层108和/或第一和第二底层104、106的暴露表面被充分清洁以允许外延生长的方法中，愈合层122可被省略。备选地，在整个方法100在真空下进行的其它方法中，方法100可以不包括可选的清洁/抛光工艺和/或愈合层122直接在外延种子层108的上表面上的可选形成。
[0074]在一些方法中，愈合层122可以包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN, Rh、Ir和其组合组成的组的材料。在具体的方法中，愈合层122可包括防腐材料，例如不氧化的材料。
[0075]在具体的方法中，愈合层122可以包含具有期望的且特定的结晶取向的物理特征。在优选的方法中，愈合层122可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0076]在更优选的方法，愈合层122包括一种或多种材料，该一种或多种材料与外延种子层108的所述一种或多种材料相同和/或具有与其相同的晶体织构/结晶取向。其中愈合层122包括与外延种子层108相同的材料的方法是优选的，因为这样的愈合层将引入零界面能，并有助于使成核区112自蚀刻损伤恢复。不管通过蚀刻工艺产生的任何杂质和/或缺陷，在其中愈合层122和外延种子层108 二者均包括具有相同结晶取向的材料的情形下，愈合层122直接形成在外延种子层108上仍然可能导致在愈合层122上方形成的附加层的窄摆动角度(例如，小于6度，优选地小于3度)的织构生长。
[0077]在各种方法中，愈合层122可以具有与形成在其上的任何附加层的适当的或期望的晶格匹配。因此，在优选的方法中，愈合层122可以具有可促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构的自然生长取向。例如，愈合层122的(111)晶体织构可以促进NiAl (110)、Ru (002)和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外，愈合层122的(002)结晶织构可以促进FePtLlO (001)附加层的生长。因此，在另外的方法中，外延种子层108的材料及其晶体织构/结晶取向可以被选择，以促进在其上形成的附加层的生长和所需结晶织构/结晶取向(例如，具有恰当的晶格匹配的织构/取向)。
[0078]附加层
[0079]方法100还包括在外延种子层108和/或愈合层122 (如果存在)上方形成一个或多个附加层124。分别见图1A、1B和IC的结构111、119和127。这些附加层124的每个可以是非磁性的或磁性的、结晶的或非结晶的。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果，所述一个或多个附加层124相对于成核区112的生长被启动。此外，在所述一个或多个附加层124的生长期间，当表面形貌持续，例如经由阴影效应，其中的晶面的外延对准随着生长继续也可以向上传播。因此，所得到的一个或多个附加层124可表现出高度的结晶取向(由例如小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0080]在各种方法中，所述一个或多个附加层124中的至少一个可以是磁记录层。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果，一个或多个磁性晶粒可以在成核区112处成核，从而导致磁性晶粒或磁岛生长在期望的且目的性定位的位置处。除了成核区112与磁性晶粒或磁岛之间的配准之外，磁记录层也可以具有高度的结晶取向(如由小于6度的摇摆曲线宽度测量的)，其中每个磁性晶粒可以基本上沿着衬底法线取向。在优选的方法中，磁记录层可具有约2nm至约30nm之间的晶粒间距。在另外的优选方法中，磁记录层可以包括已知的隔离(segregant)材料，以帮助隔离磁性晶粒或磁岛。
[0081]所述一个或多个附加层124可以经由溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术而被沉积在外延种子层108或愈合层122上方。在另外的方法中，所述一个或多个附加层124可在升高的/高的沉积温度被沉积，以改善所述层的柱状生长和/或结晶取向。
[0082]应用/用途
[0083]在具体的方法中，此处公开的结构，如通过方法100形成的那些结构，对磁记录介质可以是特别有用的。磁记录介质自20世纪50年代被推出后已经得到发展。正在不断进行努力以增加磁介质的面记录密度(即，位密度(bit density))。为了提高记录密度，垂直记录介质(PMR)已经被开发并被发现优于纵向记录介质。在PMR中，位磁化在膜平面外取向，而在纵向记录介质中，位磁化基本上在膜平面内取向。
[0084]磁介质的面记录密度也可以通过改善磁性晶粒的磁行为(例如晶粒之间磁交换的分布)和结构分布(如晶粒间距分布)得以提高。因此，一种用于改善磁性晶粒的磁行为和结构分布的方法可以包括改善被写入的位(bit)的形状和位置。例如，磁记录介质可以包括包含成核区以引导磁性晶粒的生长的种子层。通常，在常规磁记录介质中的磁性晶粒可以在由衬底(例如磁盘表面)上的种子层的生长的统计性质决定的成核点处开始生长。这样的生长可能导致若干不期望的结果，诸如:(I)晶粒的中心至中心间隔(即间距)的宽分布，这可能导致过于接近的晶粒之间的不希望的交换耦合；(2)晶粒尺寸的宽分布，其中具有较大尺寸的晶粒更难写入并增加写入抖动(write jitter)，并且具有较小尺寸的晶粒的热稳定性更差；以及(3)晶界并因而磁位边缘的增加的粗糙度，从而进一步导致写入抖动。
[0085]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或减轻这些不期望后果的一种方法包括故意/目的性地在种子层中定位成核点从而生长用于磁性介质的柱结构以及控制晶粒尺寸和/或位置的分布。该方法，也被称为模板生长，可以允许晶粒间距和/或晶粒尺寸较好的均匀性，对于晶粒到晶粒交换耦合的较好控制等。在种子层中故意/目的性地定位成核点的系统和/或相关方法的实例可以在均通过整体引用结合于此的美国专利N0.8，048，546和美国专利申请N0.13/772，110中找到。
[0086]然而，目的性地将成核点定位在种子层的特定位置处可能不会导致形成于其上的磁记录层(多个)的精确结晶取向。在磁记录层中精确的结晶取向，如由窄摇摆曲线宽度测量的，被需要来获得窄的开关场分布、较高的矫顽力、介质噪声的降低以及高密度记录所需的其它磁特性。在优选的方法中，磁记录层可以具有小于等于3度的摇摆曲线宽度。然而，仅包含模板生长对准(而没有实现精确结晶取向的装置)的磁记录层可以具有约6至7度的摇动曲线宽度。
[0087]在磁记录介质中实现较高表面密度的一种备选方法包括使用图案化的记录介质。在图案化的记录介质中，在PMR中形成位(bit)的磁性晶粒的全体被替换为先验性地放置在磁盘上在写传感器期望找到该位从而写入信息以及在回读传感器期望检测存储于其上的信息的位置处的单个岛。换句话说，在图案化的记录介质中，在盘上的磁记录层被图案化成在同心数据磁道中的隔离磁区。为了减少隔离的磁性区或岛之间的磁矩以便形成图案，磁性材料被破坏、除去或其磁矩大量减少或被消除，在其间留下非磁性区。
[0088]存在两种类型的图案化磁记录介质:分离磁道介质(DTM)和位图案化介质(BPM)。对于DTM，隔离的磁性区形成磁性材料的同心数据磁道，其中所述数据磁道通过非磁性材料的同心凹槽而彼此径向分隔。在BPM中，隔离的磁性区形成通过非磁性材料彼此隔离的单独的位或数据岛。在BPM中的每个位或数据岛包括单一磁畴，它可以由单个磁性晶粒或几个强親合的晶粒组成，这些强親合的晶粒如同单个磁积(magnetic volume) 一样一致地切换磁态。
[0089]用于生成BPM的一种方法可包括在衬底上沉积磁性材料(具有适当的底层)的整个连续膜，随后利用掩模(例如光刻掩模)通过蚀刻超过磁性层来限定磁岛的周边。然而，随着面密度增大，以该方式限定磁岛日益具有挑战性。另外新出现的问题是随着磁岛尺寸减小，蚀刻宽度(并因此蚀刻深度)也必须减小，以便维持在每个磁岛中的磁性材料的大填充系数。这可以将磁性层限制为越来越小的总厚度。因此，需要一种改进的手段来产生被目的性定位的磁岛。此外，类似于PMR介质，BPM也必然由于高结晶取向而实现充分的磁特性，诸如低的固有开关场分布。
[0090]此处公开的各种实施例描述了在磁记录介质中使用的结构，以及制作其的方法，它实现了目的性地定位具有高结晶取向的磁岛、在每个岛中的磁性材料的大填充系数、明确限定的磁岛、窄的晶粒分布、以及对磁记录层没有蚀刻损伤的理想磁特性。在优选的实施方 式中，这些结构对于图案化的记录介质、位图案化磁记录介质、和/或热辅助磁记录(HAMR)介质特别有用。
[0091]图3示出根据一个实施例的用作磁记录介质的结构300。作为一种选择，本结构300可以结合来自此处列出的任何其它实施方式的特征(例如参照其它图的描述那些)被实施。当然，结构300和此处呈现的其它结构可以被用于各种应用和/或在此处列出的示例性实施例中可以被具体地或不具体描述的变型中。
[0092]如图3所示，结构包括非磁性衬底302，其可包括玻璃、陶瓷材料、玻璃/陶瓷混合物、AlMg、硅、碳化硅、或由本领域技术人员在阅读本公开后将看出的适于在磁记录介质使用的其它衬底材料。在一种可选的方法中，结构300可以包括在衬底302上方的可选粘结层，以促进在其上方形成的层的结合。
[0093]还如图3所示，结构300包括位于衬底上方的第一底层304。第二底层306被另外地定位在第一底层304上方。在一种方法中，第一底层304和/或第二底层306可包括易受氧化的材料(例如，在含氧气氛中容易氧化的材料)。在另一种方法中，第一底层304和/或第二底层306可包括非晶材料。在另一方法中，第一底层304和/或第二底层306可以包括NiTa和NiW中的至少一种。在优选的方法中，第一底层304和/或第二底层306的上表面可以是平滑的和/或平坦的，使得其上表面大致沿正交于表面的面(法线)延伸。
[0094]该结构300还包括位于第二底层306上方的结构外延种子层308。在一些方法中，外延种子层108可以包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN及其组合组成的组的材料。在另外的方法，外延种子层308可包括防腐材料，例如不氧化和/或在化学上是惰性(例如，非化学活性的)的材料。
[0095]在另外的方法中，外延种子层308可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。垂直于衬底302的上表面的轴线由如图3中所示的虚线箭头表示，并且也可以被称为在衬底法线。
[0096]在一个具体的方法中，外延种子层308可以具有被选择和/或配置为促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构的晶体织构。例如，在一个实施方式中，夕卜延种子层308可包括以(111)为主的晶体织构，其可以促进NiAl (110)、Ru(002)、和/或CoCrPt (002)附加层的生长。在另一实施方式中，外延种子层308可包括以(002)为主的晶体织构，其可以促进FePtLlc1 (001)附加层的生长。
[0097]如进一步在图3中所示，结构化外延种子层308包括多个成核区310和多个非成核区312。非成核区312相对于成核区310凹进，从而在结构化外延种子层308中提供形貌对比。在图3中所示的实施例中，凹进的非成核区312可延伸到第一底层304，使得凹进的非成核区312的深度可以大于结构化外延种子层308的厚度和第二底层106的厚度。然而，重要的是注意，在其它方法中，凹进的非成核区312可以仅延伸到第二底层306，或可以不延伸经过外延种子层308的底表面(例如，凹进的非成核区312的深度可以等于或小于结构化外延种子层308的厚度te)。
[0098]成核区310可包括柱结构，如图3所示。这些柱结构的每个可以具有包括但不限于正方形、矩形、八边形、六边形、三角形、圆形、椭圆形等的横截面形状，其中所述横截面垂直于衬底法线截取。然而，再次重要的是注意，成核区310不限于柱结构，而是可以采用小丘(mound)、台、梯形、不规则形状等形式。
[0099]在一些方法中，结构化外延种子层308可以包括高有序排列的成核区310。与成核区310的排列相关的高有序可以对于位图案化的记录介质是有利的。在其它的方法中，结构化外延种子层308可以包括局部有序排列的成核区310，其对垂直记录介质是有利的。在另外的方法中，结构化外延种子层308可以包括相对无序排列的成核区310。
[0100]在另外的方法，成核区310之间的中心到中心的间距可为约2至约30nm。
[0101]仅仅依靠形貌对比可能不能产生形成于外延种子层308上方的理想的或期望的结构和/或属性的附加层(例如，磁记录膜叠层)。例如，在外延种子层308仅包括形貌对比的方法中，沉积在其上的材料可能趋于填充凸起的成核区310之间的谷(即非成核区312)，以最小化表面能。因此，沉积在外延种子层308上的厚的层/膜可以最小化/或最终消除形貌对比。用于避免该最小化和/或最终消除形貌对比的一种方法包括在外延种子层之上沉积非常薄的膜(例如，厚度小于6nm的膜)。然而，非常薄的膜可能无法帮助外延种子层308从蚀刻损伤恢复，这可能会在覆盖的磁记录层中引入大的晶粒尺寸变化，以及与对于磁记录介质308所期望的相比，更高的摆动角度和更宽的开关场分布。
[0102]因此，在优选的方法中，外延种子层308可以包括在成核区310和非成核区312之间的形貌对比和化学对比。在更优选的方法中，在非成核区312的材料和将被沉积在其上的材料之间可能存在大的界面能，在目的性定位的成核区310与将被沉积在其上的材料之间存在小的界面能。这促使在外延种子层308上沉积的外延生长材料仅在成核区310处成核并生长。此外，形貌对比将得以维持和/或增强。此外，在外延种子层308上方较厚的膜沉积是可能的，这会最小化晶粒尺寸变化、开关场分布和摇动角度。
[0103]在其它方法中，外延种子层308可以仅包括化学对比。在这样的方法中，单独的化学对比可足以保持成核区310的结构。沉积在外延种子层308上方的附加层可以在成核区310处成核，从而形成与成核区310配准的柱结构。因此，仅具有化学对比的外延种子层上方的附加层的生长仍可导致附加层内的形貌对比。
[0104]另外如图3所示，在成核区310和非成核区312之间，除了形貌对比之外，还可以存在化学对比。例如，成核区310可包括第一材料314，非成核区312可包括第二材料316，其中第一和第二材料具有不同的表面自由能。在一种方法中，第一材料314可以是不在含氧气氛中氧化的材料，而第二材料316可包括氧化物。在另外的方法中，第二材料316可以包括氮化物、非晶材料、金属等，只要第二材料具有不同于第一种材料的表面自由能。
[0105]在一个具体的方法中，第一材料314可以是Pt，而第二材料可以是TaOx和/或WOx0
[0106]图3的结构300还可以包括直接位于结构化外延种子层308上的可选的愈合层318。如图3所示，该可选的愈合层318可以覆盖成核区310和非成核区312。
[0107]在一种方法中，愈合层318 可以包括从由 Pt、Pd、Au、Ru、Ir、Rh、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN及其组合组成的组选出的材料。在具体的方法中，愈合层318可包括防腐材料，例如不氧化的材料。在另外的方法中，愈合层可以包括与结构外延种子层308相同的材料。
[0108]在其它方法中，愈合层318可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0109]在具体的方法中，愈合层318可以具有与结构化外延种子层308和/或在其上形成的附加层匹配的接近的晶格。例如，在一种方法中，愈合层318可以具有(111)晶体织构，其可以促进NiAl (110)、Ru (002)、和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外，在另一方法中，愈合层318可以具有(002)晶体织构，其可以促进FePtLIci(OOl)附加层的生长。组成定向和结晶定向的FePt合金层可以在HAMR介质中使用。
[0110]在另一些方法中，愈合层318可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0111]具有与结构化外延种子层308相同的材料和/或结晶取向的愈合层318的存在，可能会使形成在愈合层318上方的附加层的摇摆角度(rocking angle)增加至少I度。
[0112]除了减少和/或消除蚀刻/图案转印损伤之外，愈合层318还可以最小化与沉积于其上的一个或多个磁记录层相关的开关场分布。在没有愈合层的方法中，所述一个或多个磁记录层的外延生长并因此介质属性可以受成核区310的大小和/或形状限制。例如，如果没有愈合层，外延种子层308中的成核区310的尺寸和/或形状变化可得以保持。然而，在包括愈合层318的方法中，成核区310可以生长和/或被改变，这可能最终缩小最后的成核区的尺寸、形状和/或间距分布。因此，愈合层318的存在不仅可以减少和/或消除与成核区310相关联的蚀刻损伤，而且还可以使成核区310的尺寸、形状和/或间距变化最小化。图10A-10B示出了与愈合层沉积之后设置为六边形结构的成核区相关联的尺寸、形状、和/或间距变化的减少。同样地，图11A-11B与愈合层沉积之后设置为矩形结构的成核区相关联的尺寸、形状、和/或间距变化的减少。
[0113]因此，在优选的方法中，结构300包括用于模板生长的愈合层318。然而，在存在最小至没有蚀刻损伤和/或成核区310之间有最小的或可接受的尺寸、形状和间距变化的情形下，在多种方法中可以省略愈合层318。
[0114]如图3所示，结构300包括一个或多个附加层320。在优选的方法中，所述一个或多个附加层形成磁介质膜叠层。例如，在一种方法中，每个层322和324可独立地包括W、Ru、NiW及其组合。此外，层326可以是由多个铁磁性晶粒组成的材料制成的磁记录层。一个或更多的磁性晶粒可以在每个成核区310处成核，从而导致在成核区310处柱形磁性晶粒或岛状生长。磁记录层326的材料可以包括但不限于Cr、Fe、Ta、N1、Mo、Pt、W、Cr、Ru、T1、S1、0、V、Nb、Ge、B、Pd。磁记录材料还可以包括具有Co、Pt、Cr、Nb和Ta中的至少两种的合金。磁记录层326也可以是多层膜，例如具有交替层叠的Co和Pd或Pt。
[0115]单独的磁性晶粒和/或磁岛(例如，由多个磁性晶粒组成)可以通过分离体(segregant) 328被分离。如图3所示，分离体328被定位在非成核区312上方。分离体328可以包括Ta、W、Nb、V、Mo、B、S1、Co、Cr、T1、Al等的氧化物和/或氮化物、或C或Cr或本领域中已知的任何合适的非磁性分离体材料。
[0116]在各种方法中，磁记录层326可以具有高度的结晶取向(如由具有小于6度的摇摆曲线宽度所测量的)，其中每个磁性颗粒可以基本上沿衬底法线取向。在优选的方法中，磁记录层326可表现出小于3度的摇摆曲线宽度。
[0117]在优选的方法中，结构300可以是垂直记录介质，因此磁记录层326的磁化方向将在大致垂直于记录层表面的方向上。此外，结构300也可以是特别有益于作为在成核区310和磁性颗粒之间给予配准的图案化的磁记录介质(例如位图案化磁记录介质)。
[0118]也如图3所示，该结构可包括在一个或多个附加层320上方的外覆层330。在优选的方法中，外覆层328的厚度可以在大约Inm至5nm之间。
[0119]在一种方法中，外覆层330可以是被配置为至少保护磁记录层330免受磨损、腐蚀等的保护性外覆层。该保护性外覆层可以由例如类金刚石碳、娃氮化物、BN或B2C等、或诸如由本领域技术人员阅读本公开后可以理解的其它适合作保护性外覆层的材料。外覆层330的厚度例如在大约Inm至5nm之间。
[0120]在另一方法中，外覆层330可以是被配置为调解(mediate)磁性晶粒的晶粒间耦合的盖层。该盖层可以包括例如含Co和其它材料的合金。
[0121]在各种方法中，结构300可以包括盖层和保护性外覆层。在另外的方法中，润滑层(图3中未示出)也可存在于盖层和/或保护性外覆层 上方。
[0122]图4示出了可以与磁性介质(诸如图3的结构300) —起运行的磁盘驱动器400的一个实施例。如图4所示，至少一个可旋转的磁性介质(例如，磁盘)412被支撑在心轴(spindle)414上，并通过可以包括磁盘驱动电机418的驱动机构旋转。每个磁盘上的磁记录通常为磁盘412上的同心数据磁道(未示出)的环形图案的形式。这样，磁盘驱动电机418优选地将磁盘412传送通过磁性读/写部分421，下面即将描述。
[0123]至少一个滑块413定位在磁盘412附近，根据此处描述和/或提议的任何方法，每个滑块413支撑例如磁头的一个或多个磁性读/写部分421。在盘旋转时，滑块413沿径向移进移出磁盘表面422，使得部分421可进入磁盘的期望数据被记录和/或待写入的不同轨道。每个滑块413通过悬架415的方式附接到致动器臂419。悬架415提供使滑块413倚着磁盘表面422偏置的微弹力。每个致动器臂419被连接到一致动器427。如图4中所示的致动器427可以是音圈电机(VCM)。VCM包括在固定的磁场内可移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制器429供给的电机电流信号控制。
[0124]在磁盘存储系统的操作期间，磁盘412的旋转在滑块413和磁盘表面422之间产生空气轴承，其在滑块上施加向上的力或提升力。从而在正常操作期间，空气轴承反平衡悬架415的微弹力，并通过小的、基本恒定的间距支撑滑块413离开磁盘表面且在磁盘表面的稍上方。注意，在一些实施例中，滑块413可以沿磁盘表面422滑动。
[0125]磁盘存储系统的各个部件在操作中通过由控制器429产生的控制信号诸如访问控制信号和内部时钟信号控制。通常，控制单元429包括逻辑控制电路、存贮器(例如，存储器)和微处理器。在一优选的方法中，控制单元429电耦合(例如，经由金属线(wire)、电缆、线路(line)等)至所述一个或多个磁性读/写部分421，用于控制其操作。控制单元429产生控制信号以控制各种系统操作，诸如在线路423上的驱动电机控制信号、线路428上的磁头定位和寻找信号。在线路428上的控制信号提供期望的电流分布以最佳地移动并定位滑块413至磁盘412的所需数据磁道。读和写信号通过记录通道425被传入和传出读/写部分421。
[0126]典型的磁盘存储系统的以上描述与图4的所附图示仅用于说明目的。应当显而易见的是，磁盘存储系统可包含大量的磁盘和致动器，并且每个致动器可以支持多个滑块。
[0127]还可以提供接口，用于磁盘驱动器和主机(内部或外部)之间的通信从而发送和接收数据，并用于控制磁盘驱动器的操作以及将磁盘驱动器的状态通信到主机，所有如将被本领域的技术人员所理解的。
[0128]在一典型的磁头中，感应(induce)写入部分包括嵌入在一个或多个绝缘层(绝缘叠层)中的线圈层，该绝缘叠层位于第一和第二磁极片层之间。通过在磁头(有时被称为磁盘驱动器中的ABS)的介质面对侧处或附近的间隙层而在写入部分的第一和第二磁极片层之间形成间隙。磁极片层可以在背面间隙处相连。电流被引导穿过在磁极片中产生磁场的线圈层。磁场以跨介质面对侧处的间隙为边缘，以在移动介质上的轨道中，诸如在旋转的磁盘上的圆形轨道中写入磁场信息的位。
[0129]第二磁极片层具有从介质面对侧延伸到扩张点(flare point)的磁极端部以及从该扩张点延伸到背面间隙的磁轭部。扩张点是在第二磁极片开始变宽(展开)以形成磁轭的位置。扩张点的放置直接影响被产生用于在记录介质上写入信息的磁场的大小。
[0130]重要的是注意，此处公开的结构不限于磁记录介质。而是，此处公开的结构，其可包括具有目的性定位的成核区和/或优选的结晶取向的种子层，也可以用于微电子器件、半导体电子、光电子、太阳能电池、传感器、存储器、电容器、探测器、记录介质等。
[0131]实施例
[0132]下面的非限制性实例提供用作磁记录介质的结构的一个实施例，其中，所述结构包括用于控制晶粒生长和覆盖层的结晶取向的种子层。重要的是注意，以下示例仅是为了说明性目的且不以任何方式限制本发明。还应该理解的是，该示例的变化和修改可以由本领域技术人员进行而不脱离本发明的精神和范围。
[0133]该示例性结构的形成包括在衬底上沉积NiTa底层；在NiTa底层上沉积NiW底层；以及在NiTa底层上沉积Pt (111)种子层。然后蚀刻Pt(Ill)种子层，以形成Pt (111)种子柱的六方阵列。NiTa和NiW底层的区域分别通过蚀刻工艺被穿透并暴露于形成TaOx和WOx的氧。因此，促进具有优选的(111)晶体织构的Pt种子柱的织构被设置为TaOx和WOx的矩阵。因此，形成包括具有高结晶取向的Pt(Ill)种子柱(即成核区)的模板，以促进外延生长和其间的由相对于种子柱具有化学对比(例如，不同的表面自由能)的氧化物材料组成的谷/沟槽(即非成核区)。
[0134]然后，一系列层[Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)]被沉积在该模板上(即在Pt(Ill)种子柱和非成核区上方)。沉积在Pt(Ill)种子柱的六方阵列上的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的扫描电子显微镜(SEM)图像被示于图5中。图5的SEM图像示出了完全沉积的磁性介质岛位于在Pt (111)种子柱上。此外，极向克尔(Polar Kerr)测量显示了大的矫顽力和大的(负)的成核场，进一步说明该磁介质岛是隔离的。另外，静电测试仪磁记录(static tester magnetic recording)测量也表明，这些磁介质岛是磁性不可分割的(这是位图案化的记录介质所需要的)。
[0135]由于阴影效应，Pt(Ill)种子柱和非成核区之间的形貌促进Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的柱结构的柱状生长。图6是示出该柱状生长与Pt(Ill)种子柱之间的配准的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0136]此外，Pt(Ill)种子柱和非成核区之间的化学对比促进了 Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层中的高度结晶取向。此外，X射线数据表明，沉积在Pt(Ill)种子柱顶部的Pt层充当织构愈合层，恢复足够的表面有序度以确保随后沉积的层的良好的窄摇摆角度。图7提供了与模板生长后的PT/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层相关联的X射线衍射数据，优良的垂直织构，Ru的FWHM为2.1度。磁摆动角是大约2.8度。此外，图8提供了在Pt(Ill)种子柱上生长的Pt/NiW/Ru/(具有氧化物的磁性层)膜叠层的TEM图像，显示了从Pt到CoCrPt磁性层的晶格面的连续性。图9提供了另一高分辨TEM图像，显示了从Pt到NiW到Ru层的晶格面的外延对准。
[0137]应当注意的是，此处呈现的用于各种实施例中的至少一些的方法可以全部或部分地在计算机硬件、软件、用手、使用特殊的设备等、及其组合来实施。
[0138]此外，任何的结构和/或步骤可使用已知的材料和/或技术来实现，如对于本领域技术人员在阅读本说明书后会变得显而易见的。
[0139]此处公开的发明构思已经以示例的方式被提出，以说明其在多个说明性场景、实施方式和/或实施例中的无数功能。应当理解的是，一般性地公开的构思将被认为是组合的，并且可以在任何组合、置换、或合成中实现。此外，本领域普通技术人员在阅读直接描述时可以理解的当前公开的特征、功能和构思的任何修改、变更或等效物，也应被认为在本公开的范围内。
[0140]虽然以上已经描述了多个实施例，但是应当理解的是，它们只是示例的方式被提出，而不是限制。因此，本发明实施例的广度和范围不应受任何上述示例性实施例中的任何实施例限制，而是应当仅根据权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种结构，包括: 衬底； 位于该衬底上方的外延种子层，所述外延种子层包括多个成核区和多个非成核区；和 位于所述外延种子层上的晶体层， 其中，所述外延种子层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。2.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层在所述成核区和所述非成核区之间包括化学对比和形貌对比中的至少一种。3.如权利要求1所述的结构，其中所述成核区包括第一材料，所述非成核区包括第二材料，其中所述第一和第二材料具有不同的表面自由能。4.如权利要求3所述的结构，其中所述第二材料包括氧化物。5.如权利要求1所述的结构，其中所述非成核区相对于所述成核区凹进。6.如权利要求5所述的结构，其中所述凹进的非成核区的深度大于所述外延种子层的厚度。7.如权利要求5所述的结构，其中所述凹进的非成核区的深度大约等于或小于所述外延种子层的厚度。8.如权利要求1所述的结构，其中所述成核区包括柱结构。9.如权利要求1所述的结构，其中所述非成核区的间距在约2nm至约30纳米之间。10.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh, Niff, MgO, Cr、TiN及其组合组成的组的材料。11.如权利要求1所述的结构，还包括直接沉积在所述外延种子层的上表面上的愈合层O12.如权利要求11所述的结构，其中所述愈合层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。13.如权利要求1所述的结构，还包括位于所述外延种子层下方且在所述衬底上方的一个或多个底层。14.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括(111)结晶织构。15.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括(002)结晶织构。16.如权利要求1所述的结构，其中所述外延种子层包括有序排列的成核区。17.如权利要求1所述的结构，还包括位于所述晶体层上方的盖层和保护性外覆层的至少一个。18.如权利要求1所述的结构，其中所述晶体层具有基本上沿着垂直于所述衬底的上表面的轴线的结晶取向。19.如权利要求1所述的结构，其中所述晶体层是磁记录层。20.如权利要求19所述的结构，其中所述磁记录层包括磁性材料和非磁性材料，其中所述磁性材料被定位在所述外延种子层中的所述成核区上，所述非磁性材料被定位在所述外延种子层中的所述非成核区上。21.一种磁数据存储系统，包括: 至少一个磁头， 如权利要求20所述的结构； 用于使所述结构经过所述至少一个磁头的驱动机构；以及 电耦合到所述至少一个磁头的控制器，用于控制所述至少一个磁头的操作。22.—种用于形成权利要求1的结构的方法，该方法包括: 提供所述衬底； 在所述衬底上方形成所述外延种子层； 在所述外延种子层中限定所述多个成核区和所述多个非成核区；以及 在所述外延种子层上方形成所述晶体层。23.如权利要求22所述的方法，其中在所述外延种子层中限定所述多个成核区和所述多个非成核区包括在所述成核区和所述非成核区之间形成化学对比和形貌对比中的至少一种。24.如权利要求23所述的方法，其中形成所述成核区和所述非成核区之间的所述形貌对比包括: 在所述外延种子层上方提供掩模层；以及 除去所述外延种子层的暴露区。
【专利摘要】根据一个实施例，一种结构包括：衬底；位于该衬底上方的外延种子层，外延种子层包括多个成核区和多个非成核区；和位于外延种子层上方的晶体层，其中外延种子层具有基本上沿着垂直于衬底的上表面的轴线的结晶取向。
【IPC分类】G11B5/48, C30B25/16, G11B5/66
【公开号】CN104900243
【申请号】CN201510204261
【发明人】B·A·格尼, E·杨, Q·朱
【申请人】Hgst荷兰公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月28日
【公告号】DE102015002345A1, US20150248909
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