JP4193147B2 - 光学的情報記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学的情報記録媒体及びその製造方法に関し、特に、記録層における相状態を非晶質状態又は結晶状態とすることにより情報を記録し、その記録層の相状態による光学的特性の違いを利用して情報を再生する相変化型光ディスク媒体及びその製造方法に関する。
レーザ光を使用する光情報記録再生方式は、媒体に対してヘッドを非接触かつ高速にアクセスさせて、この媒体に大容量の情報を記録及び再生することが可能であり、大容量記録方式として各分野で実用化されている。光情報記録再生方式に用いる光学式情報記録媒体（光ディスク）は、コンパクトディスクや、レーザディスクとして知られていて、ユーザ自身はデータの再生のみが可能である再生専用型、ユーザ自身が新たなデータを媒体に記録できる追記型、及び、ユーザ自身がデータを媒体に繰返し記録及び消去してデータを書き換えることができる書換え型に分類される。追記型及び書換え型の光学式情報記録媒体は、コンピュータの外部メモリ、並びに、文書ファイル及び画像フアイルを格納する媒体として使用されつつある。
書換え型の光学式情報記録媒体には、記録膜の相変化を利用した相変化型光ディスクと、垂直磁化膜の磁化方向の変化を利用した光磁気ディスクとがある。このうち、相変化型光ディスクは、光磁気ディスクのように外部磁界を必要とすることなく情報を記録することができ、また、情報の重ね書き、即ちオーバライトが容易であることから、書換え型の光学的情報記録媒体の主流になりつつある。
従来の相変化型光ディスクは、一般的には、記録層の非晶質状態における光の吸収率（Ａａ）が、記録層の結晶状態における光の吸収率（Ａｃ）よりも高く設定されている。このため、記録密度を高密度化するために相変化型光ディスク媒体の記録トラックのピッチを狭くしていくと、任意の記録トラックに対してレーザ光を照射して記録を行う場合に、隣接する記録トラックに配置されている記録マークであって、既に情報が記録されており光吸収率が高い非晶質状態となっている記録マークがレーザ光を高い吸収率で吸収してしまう。これにより、この非晶質状態である記録マークが昇温して結晶化し、この記録マークに記録されている情報が消去されるクロス消去が生じることになる。
クロス消去を防止するためには、記録層の非晶質状態における光吸収率Ａａを、結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くすることが有効である。このようにＡａをＡｃよりも低くする方法としては、相変化型光ディスクにおいて、基板上に第１誘電体層、第２誘電体層、第３誘電体層、第１界面層、記録層、第２界面層、第４誘電体層、反射層を順次に積層し、第２誘電体層の屈折率ｎ２と第３誘電体層の屈折率ｎ３との関係をｎ２＜ｎ３とし、第１誘電体層の屈折率ｎ１と第２誘電体層の屈折率ｎ２との関係をｎ２＜ｎ１とする方法が提案されている。具体的には、これらの誘電体層のうち、第１誘電体層及び第３誘電体層には、屈折率が約２．３であるＺｎＳ−ＳｉＯ2膜を使用し、第２の誘電体層には、屈折率が約１．５であるＳｉＯ2膜又は屈折率が約１．７であるＡｌ2Ｏ3膜を使用する方法が一般的である。また、場合によっては、第２の誘電体層として屈折率が約１．９であるＳｉＮ膜が使用されることもある（例えば、特許文献１及び２参照）。
第２の誘電体層として上述したＳｉＯ2膜又はＡｌ2Ｏ3膜を用いる場合には、ＳｉＯ2ターゲット又はＡｌ2Ｏ3ターゲットを用いて成膜を行う方法が一般的である。しかし、これらターゲットは、膜の成膜速度が遅く、量産性に欠けることが指摘されていた。また、第２の誘電体層として、屈折率が約１．９であるＳｉＮ膜を用いる場合には、Ａａ＜Ａｃを満たすためには第４の誘電体層の膜厚を比較的に厚くしなければならず、このため、媒体の繰返しオーバーライト（Ｏ／Ｗ）耐性が劣化する可能性のあることが指摘されていた。
上記問題点を解決するために、上述したＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜又はＳｉＮ膜の代わりに、Ｓｉを主成分とし、これにＮｉを少量添加したＳｉＮｉターゲットを用い、アルゴンガスと酸素ガスと窒素ガスとを含む混合ガス雰囲気中で成膜することにより、ＳｉＮｉＯＮ膜を形成する方法が提案されている。このＳｉＮｉＯＮ膜を用いることで、ＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜又はＳｉＮ膜を用いる場合に比して、成膜速度が速くかつ膜の屈折率が比較的に低い誘電体膜が得られること、量産性に優れ、かつ、繰返しＯ／Ｗ耐性にも優れた媒体が得られることなどが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
特開２０００−９０４９１号公報 特開２０００−１０５９４６号公報 Proceedings of the 16th Symposium on Phase Change Optical In formation Storage PCOS2004, pp.57-62 (2004)
しかしながら、上述したＳｉＮｉＯＮ膜を用いる従来の技術には、以下に示すような問題点があった。Ｓｉを主成分とし、これに微量のＮｉを加えたターゲットは、ターゲット自体の比抵抗が５〜１０Ω・ｃｍと高いので、ＲＦスパッタ法を利用して成膜する必要があった。しかし、ＲＦスパッタ法では、成膜中に異常放電が起こり易く、安定した成膜ができない場合があった。
ところで、近年、成膜速度をより高める手法の一つとして、パルスＤＣスパッタ法を用いて成膜を行う方法が採用されつつある。パルスＤＣスパッタ法では、用いるターゲットの比抵抗が１Ω・ｃｍ以下でないと正常に放電できず、従って、ＳｉにＮｉを微量添加したＳｉＮｉターゲットを利用し、パルスＤＣスパッタ法によって成膜を行うことはできなかった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、レーザ入射面側の基板と情報記録層との間に少なくとも酸窒化物誘電体層が形成された光学的情報記録媒体を製造するに際して、この酸窒化物誘電体層をパルスＤＣスパッタ法で成膜することで、量産性に優れた光学的情報記録媒体の製造方法、及び、この製造方法によって製造される光学的情報記録媒体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１発明に係る光学的情報記録媒体は、基板と、該基板上に形成された酸窒化物誘電体層及び情報記録層とを有する光学的情報記録媒体において、
前記酸窒化物誘電体層が、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたＳｉ系酸窒化物を含むことを特徴とする。
本発明の第１発明に係る光学的情報記録媒体の好ましい態様では、前記Ｓｉ系酸窒化物が、３９〜６７．５原子％の酸素を含有する。また、前記酸窒化物誘電体層の屈折率が１．４３〜１．８の範囲であることも好ましい。更に、前記Ｓｉ系酸窒化物が、前記元素を、０．２〜１０原子％含有することも好ましい態様である。
本発明の第１発明に係る光学的情報記録媒体では、前記基板が透明基板であり、該透明基板上に、第１の誘電体層と、前記酸窒化物誘電体層と、第２の誘電体層と、前記情報記録層と、第３の誘電体層と、反射層とがこの順に積層されており、
前記反射層は、外部から照射されて前記基板、前記酸窒化物誘電体層、前記情報記録層及び前記誘電体層を透過した光を、前記情報記録層に向けて反射し、
前記第１の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きく、前記第２の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きいとする構成を採用することも出来る。なお、各誘電体層や反射層などはそれぞれ、１層で構成することも、或いは、複数層で構成することも出来る。
或いは、上記に代えて、前記基板上に、反射層と、第１の誘電体層と、前記情報記録層と、第２の誘電体層と、前記酸窒化物誘電体層と、第３の誘電体層と、透明シートとがこの順に積層されており、
前記反射層は、外部から照射されて前記透明シート、前記酸窒化物誘電体層、前記情報記録層及び前記第１の誘電体層を透過した光を前記情報記録層に向けて反射し、
前記第２の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きく、前記第３の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きいとする構成を採用することも出来る。この場合にも、各誘電体層や反射層などはそれぞれ、１層で構成することも、或いは、複数層で構成することも出来る。
本発明の第２発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法は、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）及び窒素（Ｎ2）を含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングによって、基板上に酸窒化物誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程とを有し、前記反応性スパッタリングは、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする。
本発明の第３発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法は、透明基板上に積層を形成する工程であって、第１誘電体層を形成する工程と、アルゴン、酸素及び窒素を含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングにより酸窒化物誘電体層を形成する工程と、第２誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程と、第３誘電体層を形成する工程と、反射層を形成する工程とを順次に含む工程を有し、前記反応性スパッタリングが、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする。
本発明の第４発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法は、基板上に積層を形成する工程であって、反射層を形成する工程と、第１の誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程と、第２誘電体層を形成する工程と、アルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスを含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングにより酸窒化物誘電体層を形成する工程と、第３誘電体層を形成する工程と、透明なシートを配設する工程とを順次に含む工程を有し、前記反応性スパッタリングが、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする。
本発明の第２〜第４発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法の好ましい態様では、前記混合ガスの組成は、（Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2）体積％の表記で、（９０、９、１）体積％と、（８０、１２、８）体積％と、（７０、１２、１８）体積％と、（７０、２、２８）体積％と、（８０、３、１７）体積％と、（９０、７、３）体積％とで囲まれた六角形とその内部の領域により示される組成である。また、前記Ｓｉを主成分とするターゲットが、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が、１〜２６．７原子％添加されていることも、本発明の第２〜第４発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法の好ましい態様である。なお、各誘電体層や反射層などはそれぞれ、１層で構成することも、或いは、複数層で構成することも出来る。
本発明の第１発明に係る光学的情報記録媒体によれば、前記酸窒化物誘電体層が、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたＳｉ系酸窒化物を含む構成を採用することにより、屈折率がＳｉＯ2膜やＳｉＮｉＯＮ膜とほぼ同程度な酸窒化物誘電体層を形成するスパッタリングの際の成膜速度が向上するので、スループットが高く形成できる光学的情報記録媒体が得られる効果がある。
また、本発明の第２〜第４発明に係る光学的情報記録媒体の製造方法によれば、酸窒化物誘電体層を、Ｓｉを主成分とし、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素を添加したターゲットを使用し、アルゴン、酸素及び窒素を含有する混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングにより成膜することにより、屈折率がＳｉＯ2膜やＳｉＮｉＯＮ膜とほぼ同程度であり、かつ、ＳｉＮｉＯＮ膜に比してより速い成膜速度を有する酸窒化物誘電体層を、効率よく安定に成膜することができる効果がある。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学式情報記録媒体としての光ディスクを示す断面図である。本実施形態の光ディスクは、書換え型の相変化型光ディスクであり、例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）である。図１に示すように、光ディスク１０は、透明基板１１上に、第１誘電体層１２、酸窒化物誘電体層１３、第２誘電体層１４、第１界面層１５、情報記録層１６、第２界面層１７、第３誘電体層１８、及び、反射層１９が、この順に積層されて作製される。反射層１９上には、他の透明基板（図示せず）が貼り合わされている。これら各層は、１層で構成してもよく、或いは、複数層で構成してもよい。
第１誘電体層１２、第２誘電体層１４及び第３誘電体層１８は、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ2により形成されている。酸窒化物誘電体層１３は、例えば、酸窒化シリコンハフニウム（ＳｉＨｆＯＮ）により形成されている。酸窒化物誘電体層１２としての酸窒化シリコンハフニウム膜は、反応性スパッタリングにより成膜されており、その酸素含有量は例えば３９〜６７．５原子％である。第１界面層１５及び第２界面層１７は、例えば、ＧｅＮにより形成されており、情報記録層１６は、例えば、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5により形成されている。更に、反射層１９は、例えばＡｌＴｉにより形成されている。他の透明基板（図示せず）の厚さは、例えば０．６ｍｍである。
情報記録層１６の非晶質状態における光吸収率Ａａは、結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くなっている。Ａａ＜Ａｃとするため、各層の屈折率は以下のように設定されている。プラスチック、樹脂又はガラスからなる透明基板１１の屈折率は、一般的に１．５〜１．６程度である。このため、第１誘電体層１２の屈折率は、これより高い屈折率とする必要がある。なぜならば、第１誘電体層１２の屈折率ｎ１２が透明樹脂基板１１の屈折率ｎ１１と実質的に等しいと、第１誘電体層１２と透明樹脂基板１１とが光学的に略等価となり、上述のＡａ＜Ａｃを満たすことができなくなるからである。また、第１誘電体層１２は、透明基板１１に対して密着性が良好であることが好ましい。そこで、第１誘電体層１２、第２誘電体層１４及び第３誘電体層１８をＺｎＳ−ＳｉＯ2膜により形成する。ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜の屈折率は、約２．３５である。酸窒化シリコンハフニウム膜等の酸窒化物誘電体層１２には、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇからなる群から選択された少なくとも１種の元素が含有されており、その元素の添加量は０．２〜１０原子％である。
酸窒化物誘電体層１３を構成する酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率は、１．４３〜１．８程度である。これにより、酸窒化物誘電体層１３の屈折率ｎ１３と第２誘電体層１４の屈折率ｎ１４との間の関係はｎ１３＜ｎ１４となり、第１誘電体層１２の屈折率ｎ１２と酸窒化物誘電体層１３の屈折率ｎ１３との間の関係はｎ１２＞ｎ１３となる。これにより、情報記録層１６の非晶質状態における光吸収率Ａａを、結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くすることができる。
なお、後述するように、酸窒化物誘電体層１３を構成する酸窒化シリコンハフニウム膜の酸素濃度が３９原子％未満であると、酸窒化シリコンニッケル膜の屈折率が高くなり、Ａａ＜Ａｃを満たすためには、第３誘電体層１８の膜厚を比較的厚くする必要があり、繰り返し記録再生を行う際に信号品質の劣化を招くおそれがある。一方、酸窒化シリコンハフニウム膜の酸素濃度が６７．５原子％を超えるように酸窒化シリコンハフニウム膜を成膜しようとすると、成膜速度が低くなり、生産性が低下する。従って、酸窒化シリコンハフニウム膜の酸素濃度は、３９〜６７．５原子％であることが好ましい。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る光ディスクの動作について説明する。先ず、光ディスクに情報を記録する際の動作について説明する。初期状態においては、情報記録層１６の全領域は結晶状態となっている。そして、レーザ光を透明基板１１の下方から照射する。このレーザ光は、透明基板１１、第１誘電体層１２、酸窒化物誘電体層１３、第２誘電体層１４及び第１界面層１５を透過して、情報記録層１６に到達する。また、情報記録層１６を透過したレーザ光は、第２界面層１７、第３誘電体層１８を透過して反射層１９により反射され、再び第３誘電体層１８及び第２界面層１７を通過して情報記録層１６に到達する。これにより、情報記録層１６の記録スポットを融点以上の温度まで加熱し、情報記録層１６の記録スポットを溶融させる。この記録スポットは、凝固する際に非晶質化し、これによって情報が記録される。
光ディスクに記録された情報を読み取る際には、情報記録層１６に対してレーザ光を照射し、情報記録層１６の各記録スポットにおける反射率の差を検出する。即ち、情報記録層１６が非結晶状態にあるときの反射率は、結晶状態にあるときの反射率よりも高くなるため、この反射率の差を検出することにより、記録された情報を読み取ることができる。更に、記録した情報を消去する際には、レーザ光により、情報記録層１６の記録スポットを結晶化温度よりも高くかつ融点よりも低い温度まで加熱する。これにより、情報記録層１６の記録スポットが結晶化し、情報が消去される。
本実施形態においては、酸窒化物誘電体層１３として、酸窒化シリコンハフニウム膜を反応性スパッタリング法により形成することにより、従来のＳｉＮｉＯＮ膜よりも高い成膜速度で、かつ、膜密度の低下を生ずることなく、高品質な酸窒化物誘電体層１３である酸窒化シリコンハフニウム膜を得ることができる。
次に、上記第１の実施形態に係る光学式情報記録媒体（光ディスク）の製造方法について説明する。図１に示す構造は、予め、レーザ光をガイドする案内溝（図示せず）が形成された透明基板１１上に、インライン型のスパッタリング装置を使用して、第１誘電体層１２、酸窒化物誘電体層１３、第２誘電体層１４、第１界面層１５、情報記録層１６、第２界面層１７、第３誘電体層１８及び反射層１９を、以下の手順により形成することにより得られる。このインライン型のスパッタリング装置においては、ターゲットと基板との間の距離は例えば１５ｃｍである。
先ず、ガス圧が例えば０．１ＰａであるＡｒガス雰囲気中において、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば２．２Ｗ／ｃｍ2としてスパッタリングを行い、透明基板１上にＺｎＳ−ＳｉＯ2膜を例えば厚さ３５ｎｍまで成膜し、第１誘電体層１２とする。
次に、Ａｒガス、Ｎ2ガス及びＯ2ガスからなり、ガス圧が例えば０．２Ｐａである混合ガス雰囲気中において、Ｓｉ99Ｈｆ1（原子％）からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば２．５Ｗ／ｃｍ2としてパルスＤＣスパッタリングを行い、第１誘電体層１２上に酸窒化シリコンハフニウム膜を例えば厚さ４０ｎｍまで成膜し、酸窒化物誘電体層１３とする。このとき、反応性スパッタ時の混合ガスの組成は、（Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2）体積％の表記で、（９０，９，１）体積％と、（８０，１２，８）体積％と、（７０，１２，１８）体積％と、（７０，２，２８）体積％と、（８０，３，１７）体積％と、（９０，７，３）体積％とで囲まれた六角形と、その六角形の内部の領域とにより規定される組成を用いる。
次に、ガス圧が例えば０．１ＰａであるＡｒガス雰囲気中において、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば２．２Ｗ／ｃｍ2としてスパッタリングを行い、酸窒化物誘電体層１３上にＺｎＳ−ＳｉＯ2膜を例えば厚さ３０ｎｍまで成膜し、第２誘電体層１４とする。
次に、Ａｒガス及びＮ2ガスからなり、ガス圧が例えば０．９Ｐａである混合ガス雰囲気中において、Ｇｅからなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば０．８Ｗ／ｃｍ2として反応性スパッタリングを行い、第２誘電体層１４上にＧｅＮ膜を例えば厚さ５ｎｍまで成膜し、第１界面層１５とする。
次に、ガス圧が例えば１．０ＰａであるＡｒガス雰囲気中において、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば０．２７Ｗ／ｃｍ2としてスパッタリングを行い、第１界面層１５上にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5膜を例えば厚さ１３ｎｍまで成膜し、情報記録層１６とする。
次に、ガス圧が例えば０．９Ｐａであり、Ａｒガス及びＮ2ガスの混合ガス雰囲気中において、Ｇｅからなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば０．８Ｗ／ｃｍ2として反応性スパッタリングを行い、情報記録層１６上にＧｅＮ膜を例えば厚さ５ｎｍまで成膜し、第２界面層１７とする。
次に、ガス圧が例えば０．１ＰａであるＡｒガス雰囲気中において、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば２．２Ｗ／ｃｍ2としてスパッタリングを行い、第２界面層１７上にＺｎＳ−ＳｉＯ2膜を例えば厚さ２５ｎｍまで成膜し、第３誘電体層１８とする。
次に、ガス圧が例えば０．０８ＰａであるＡｒガス雰囲気中において、Ｔｉを２質量％含有するＡｌＴｉ合金からなるターゲットを使用し、パワー密度を例えば１．６Ｗ／ｃｍ2としてスパッタリングを行い、第３誘電体層１８上にＡｌＴｉ合金膜を例えば厚さ１００ｎｍまで成膜し、反射層１９とする。
次いで、反射層１９上に厚さが例えば０．６ｍｍの透明基板（図示せず）を貼り合わせて、第１の実施形態に係る相変化型の光ディスクとする。
以下、酸窒化物誘電体層１３を成膜する際の混合ガスの組成の好適範囲を、混合ガスの組成（Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2）体積％の表記で、（９０，９，１）体積％と（８０，１２，８）体積％と、（７０，１２，１８）体積％と、（７０，２，２８）体積％と、（８０，３，１７）体積％と、（９０，７，３）体積％とで囲まれた六角形とその内部の領域により規定される組成とした理由について、本発明の第１の実施例に基づいて説明する。
第１の実施例として、上記第１の実施形態の光ディスクを製造する方法を使用し、反応性スパッタリングにおける混合ガスの組成を、Ａｒガス添加量を６０〜９５体積％、Ｏ2ガス添加量を０〜１２体積％、Ｎ２ガス添加量を１〜４０体積％の範囲で変化させて、酸窒化物誘電体層１３（酸窒化シリコンハフニウム膜）を成膜した。なお、前述の如く、ターゲットにはＳｉ99Ｈｆ1（原子％）からなるターゲットを使用し、成膜時のガス圧は０．２Ｐａに固定した。
図２は、横軸に混合ガス中のＯ2ガスの添加量をとり、縦軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の成膜速度をとって、混合ガス中のＯ2ガスの添加量が成膜速度に及ぼす影響を示したグラフ図である。また、図３は、横軸に混合ガス中のＯ2ガスの添加量をとり、縦軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率をとって、混合ガス中のＯ2ガスの添加量が屈折率に及ぼす影響を示したグラフ図である。更に、図６は、横軸に混合ガス中のＯ2ガス添加量をとり、縦軸に酸化シリコンハフニウム膜の成膜速度及び屈折率をとって、混合ガス中にＮ2ガスを添加しない場合において、混合ガス中のＯ2ガス添加量が成膜速度及び屈折率に及ぼす影響を示したグラフ図である。なお、図２及び図３においては、Ａｒガス添加量及びＯ2ガス添加量のみを示しているが、Ｎ2ガス添加量は、全体（１００体積％）から、Ａｒガス添加量及びＯ2ガス添加量を減じた残部である。
まず、図２に示すように、Ａｒガスの添加量が７０体積％以上であると、Ｏ2ガスの添加量の増加に伴い、成膜速度は増加する。また、Ｏ2ガス添加量を固定した場合に、Ａｒガス添加量が多い条件ほど成膜速度は速くなる。一方、Ａｒガスの添加量が６５体積％以下の条件では、Ｏ2ガスの添加量の増加に伴い、成膜速度は徐々に低下する。
また、図３に示すように、Ｏ2ガス添加量の増加に伴い、酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率は徐々に低下するが、Ａｒガス添加量が少ない条件ほど屈折率は低い値を示す傾向がある。
一方、前述のように、酸窒化物誘電体層１３に求められる屈折率は、第１誘電体層１２及び第２誘電体層１４であるＺｎＳ−ＳｉＯ2膜の屈折率２．３５より低く、かつ、第１誘電体層１２及び第２誘電体層１４の屈折率との差が大きいことである。これは以下に示す理由によるものである。すなわち、酸窒化物誘電体層１３の屈折率（ｎ１３）が１．４３〜１．８の範囲であれば、情報記録層１６におけるＡａ＜Ａｃの条件を満たすための第３誘電体層１８（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）の膜厚を比較的薄く、かつ、ある程度の膜厚（１５ｎｍ〜４０ｎｍ程度）範囲で設計できる。一方、酸窒化物誘電体層１３の屈折率が１．９〜２．０の膜を用いると、第３誘電体層１８（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）の膜厚がかなり厚くなり、さらにＡａ＜Ａｃの条件を満たすための膜厚範囲が限定的となる（４０ｎｍ〜５０ｎｍ）。また、酸窒化物誘電体層１３の屈折率が２．０〜２．２の範囲では、第１誘電体層１２及び第２誘電体層１４の屈折率（ｎ１４）との差が小さいために、情報記録層１６におけるＡａ＜Ａｃの条件を満たすために必要な、第３誘電体層１８（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）の膜厚の範囲がなくなり、媒体設計を行うことができない。
以上のことから、酸窒化物誘電体層１３の屈折率ｎ１３としては、１．９より小さいことが望ましい。また、量産性の観点から、成膜速度は可及的に速いことが求められる。
上記のような条件を満たす添加ガスの混合条件は、（Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2）体積％の表記で、（９０，９，１）体積％と、（８０，１２，８）体積％と、（７０，１２，１８）体積％と、（７０，２，２８）体積％と、（８０，３，１７）体積％と、（９０，７，３）体積％とで囲まれた六角形と、その内部の領域とにより規定される組成であり、さらに好ましくは、成膜速度が最も速く、屈折率が低い条件として、Ａｒガスの添加量が７０体積％〜９０体積％の条件において、Ｏ2ガス添加量が９体積％の条件である。上述した６種類の添加ガスの混合条件で囲まれる範囲を図７の三元図に示す。
上記のような組成の混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングにより成膜される酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率（ｎ１３）は１．４３〜１．８の範囲にある。また、このような方法により酸窒化物誘電体層１３を成膜した相変化型光ディスク媒体において、情報記録層１６の結晶状態における光吸収率及び非晶質状態における光吸収率を夫々測定すると、ｎ１３＝１．４３の場合には、Ａａ＝６２．２％、Ａｃ＝８２．４％であり、ｎ１３＝１．８の場合には、Ａａ＝６０．２％、Ａｃ＝８１．５％であり、いずれの場合においても、Ａａ＜Ａｃを満たしている。
図４に、屈折率を変化させた場合のＳｉＨｆＯＮ膜に含まれるＳｉ、Ｈｆ、Ｏ、Ｎの含有量を分析した結果を示す。図４より、屈折率が１．４３〜１．８のＳｉＨｆＯＮ膜では、屈折率の増加に伴い酸素濃度は減少し、窒素濃度は増加する。シリコンの濃度は、屈折率の増加に伴い僅かに増加する傾向がみられる。また、Ｈｆの含有量は、屈折率に対して、ほぼ一定の値を示す。
図５は、同じＳｉＨｆＯＮ膜における屈折率と密度の関係を表すグラフ図である。ＳｉＨｆＯＮ膜の密度は、膜の屈折率の増加に伴い増加する。図４及び図５より、上述した添加ガスの混合条件で作製された酸窒化シリコンハフニウム膜の酸素含有量及び膜の密度は、屈折率（ｎ１３）が１．４３である膜の場合には、それぞれ６７．５原子％及び２ｇ／ｃｃであり、屈折率（ｎ１３）が１．８である膜の場合には、ぞれぞれ３９原子％及び２．４ｇ／ｃｃである。屈折率が上述した範囲にある酸窒化物誘電体層１３を用いると、Ａａ＜Ａｃの条件を満たす第３誘電体層１８の膜厚は、１５〜４０ｎｍとなり、比較的に膜厚マージンが広い媒体設計が可能である。このように、本実施形態によれば、Ａａ＜Ａｃを満たし、かつ繰り返し記録再生特性に優れた光ディスクを、生産性よく製造することができる。なお、上述した膜中に含まれる各元素の量及び膜密度は、ＲＢＳ（Rutherford Backscattering Spectrometry）及びＮＲＡ（Nuclear Reaction Analysis）により分析を行って得られたものである。
上述の条件で作製した相変化型光ディスク媒体の信頼性について説明する。第１の実施形態に係る光ディスクを、一例として、５．９ｍ／秒の線速で回転させ、対物レンズの開口数が０．６５である光ヘッドを使用して、波長が４０５ｎｍの青色レーザ光を照射して情報を記録することとした。先ず、ランド部に周波数が４ＭＨｚ、デューティ（ｄｕｔｙ）比が５０％の信号を記録した後に、このランド部の両側に隣接するグルーブ部に、周波数が８ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比が５０％の信号を繰り返し記録して、ランド部に記録した周波数が４ＭＨｚである信号のキャリアの変化を測定した。その結果、ランド部に隣接するグルーブ部で情報の書き換えを繰り返し行っても、ランド部に記録された信号はまったく影響を受けないことが判明した。また、この光ディスクに対して、周波数が４ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比が５０％の信号を繰り返し記録しても、５０万回までキャリア及びノイズの変化がみられなかった。
次に、図６を参照して、混合ガス中にＮ2ガスを添加しない比較例のプロセスについて説明する。この場合、反応性スパッタリング法により、酸窒化物誘電体層１３（図１参照）ではなく、ＳｉＨｆＯ膜が形成される。この比較例のプロセスでは、Ｎ2ガスを含有せずにＡｒガス及びＯ2ガスのみからなり、ガス圧が例えば０．２Ｐａである混合ガス雰囲気中において、Ｓｉ99Ｈｆ1（原子％）からなるターゲットを使用し、ターゲットと基板との間の距離を１５ｃｍとし、パワー密度を２．５Ｗ／ｃｍ2としてパルスＤＣスパッタリングを行い、ＳｉＨｆＯ膜を成膜することとし、混合ガス中のＯ2ガス添加量を変化させた。
図６に示すように、Ｏ2ガス添加量が１０〜３０体積％の範囲で、屈折率が１．４５〜１．５４程度のＳｉＨｆＯ膜が得られる。しかし、成膜速度が３１．５Å／分以下であり、上述したＡｒガス、Ｏ2ガス、Ｎ2ガスからなる混合ガス雰囲気中において膜を成膜した場合の成膜速度（２１０〜３７５Å／分程度）と比較して極端に遅い。屈折率の値としては、Ａａ＜Ａｃを満たす条件になっているが、膜の成膜速度が著しく遅いため、量産性に優れた成膜方法とはいえない。
上記のように、ターゲットとしてＳｉ99Ｈｆ1（原子％）を使用し、Ａｒ等の希ガスに酸素ガスを混合して、酸化物誘電体層の成膜を行うと、膜の成膜速度が極めて遅くなり、生産性が著しく低下する。
次に、混合ガス中にＯ2ガスを添加しない比較例のプロセスについて説明する。この場合、反応性スパッタリング法により、酸窒化物誘電体層１３（図１参照）ではなく、ＳｉＨｆＮ膜が形成される。比較例のプロセスとして、Ｏ2ガスを含有せずにＡｒガス及びＮ２ガスのみからなり、ガス圧が例えば０．２Ｐａである混合ガス雰囲気中において、Ｓｉ99Ｈｆ1（原子％）からなるターゲットを使用し、ターゲットと基板との間の距離を１５ｃｍとし、パワー密度を例えば２．５Ｗ／ｃｍ2として反応性スパッタリングを行い、ＳｉＨｆＮ膜を成膜した。これは、図２及び図３において、酸素の添加量が０％の場合に相当するものである。図２及び図３に示されているように、Ｏ2ガスの添加量が０体積％であり、Ａｒガス添加量が７０体積％である場合には、屈折率が１．９５のＳｉＨｆＮ膜が得られている。しかし、このＳｉＨｆＮ膜の成膜速度は、この条件にＯ2ガスを２体積％以上添加した場合に比べると遅く、酸窒化シリコンハフニウム膜の方が、量産性が優れている。
次に、上記屈折率が１．９５であるＳｉＨｆＮ膜を酸窒化物誘電体層１３に代えて使用した媒体（光ディスク）と、屈折率が１．４３の酸窒化シリコンハフニウム膜を酸窒化物誘電体層１３とした媒体（光ディスク）とを、繰り返し記録／再生特性について比較した結果を説明する。以下に、双方の媒体の構成例を示す。なお、以下の記述では、例えば基板上に材料Ａからなり膜厚がａである膜が形成され、この膜上に材料Ｂからなり膜厚がｂである膜が形成されている構成を、（基板／Ａ（ａ）／Ｂ（ｂ））と記載する。
酸窒化物誘電体層１３に代えて屈折率が１．９５であるＳｉＨｆＮ膜を使用した比較例の光ディスクの構成は、（基板／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（５ｎｍ）／ＳｉＨｆＮ（４６ｎｍ）／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（５０ｎｍ）／ＧｅＮ（５ｎｍ）／ＧｅＳｂＴｅ（１１ｎｍ）／ＧｅＮ（５ｎｍ）／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（４６ｎｍ）／ＡｌＴｉ（１００ｎｍ））とした。一方、酸窒化物誘電体層１３として屈折率が１．４３の酸窒化シリコンハフニウム膜を使用した実施形態の光ディスクの構成は、（基板／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（３５ｎｍ）／酸窒化シリコンハフニウム（４０ｎｍ）／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（３０ｎｍ）／ＧｅＮ（５ｎｍ）／ＧｅＳｂＴｅ（１１ｎｍ）／ＧｅＮ（５ｎｍ）／ＺｎＳ−ＳｉＯ2（２５ｎｍ）／ＡｌＴｉ（１００ｎｍ））とした。
上述した２種類の光ディスクを、５．９ｍ／秒の線速で回転させ、対物レンズの開口数が０．６５である光ヘッドを使用して、波長が４０５ｎｍであるレーザ光を照射して、周波数が４ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比が５０％の信号を繰り返し記録／再生した。その際に、再生信号が初期値から１ｄＢ劣化するまでの繰り返し記録再生回数を測定した。その結果、屈折率が１．４３の酸窒化シリコンハフニウム膜を使用した実施形態の光ディスクは、５０万回まで何ら信号の劣化は見られなかった。これに対して、屈折率が１．９５のＳｉＨｆＮ膜を使用した比較例の光ディスクは、約３万回から信号の劣化が観測された。
上記理由は以下のように推定される。即ち、ＳｉＨｆＮ膜の屈折率（１．９５）は、酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率（１．４３）よりも高いため、Ａａ＜Ａｃの条件を満たすためには、窒化物誘電体層としてＳｉＨｆＮ膜を使用する比較例の光ディスクにおける第３誘電体層１８（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）の膜厚（４６ｎｍ）は、酸窒化物誘電体層として酸窒化シリコンハフニウム膜を使用する実施形態の光ディスクにおける第３誘電体層８の膜厚（２５ｎｍ）よりも厚くせざるを得ない。このため、レーザ光により供給された熱が反射層１９側に逃げにくくなり、情報記録層１６の劣化につながるものと考えられる。また、ＳｉＨｆＮ膜は比較的に硬度が高く、膜に柔軟性がないため、記録再生を繰り返し行った際に生じる繰返し熱応力に耐え切れず、信号の劣化を誘発するものと考えられる。
上記のように、酸窒化物誘電体層１３に代えて、屈折率が約１．９５であるＳｉＨｆＮ膜を使用すると、ＳｉＯ2膜又はＡｌ2Ｏ3膜を使用する場合のように、膜密度低下によるノイズの増大という問題は発生しない。しかし、このＳｉＨｆＮ膜を使用すると、ＳｉＯ2膜又はＡｌ2Ｏ3膜を使用する場合と比較して、ＳｉＨｆＮ膜と第１の誘電体層との間の屈折率の差が小さくなる。このため、記録層の非晶質状態における光吸収率Ａａを結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くしようとすると、第３誘電体層１８の膜厚が大幅に制限される。このため、ＳｉＨｆＮ膜を使用すると、光学式情報記録媒体全体の設計の自由度が小さくなり、また、第３の誘電体層１８の膜厚が比較的に厚くなるため、媒体に繰り返し記録／再生を行う際の繰返し特性を確保することが困難になる。
比較例の方法では、酸窒化物誘電体層１３に代えて窒化シリコンハフニウム膜（ＳｉＨｆＮ膜）を用いたことにより、光ディスクの生産性及び信頼性が低下した。これに対して、酸窒化物誘電体層１３として酸窒化シリコンハフニウム膜（ＳｉＨｆＯＮ膜）を用いた実施形態の方法では、量産性が高く、設計の自由度が大きく、信頼性が高い相変化型光ディスク媒体を得ることができた。
なお、図３から理解できるように、ＳｉＨｆＯＮ膜においてもアルゴンガスの添加量が９０体積％、酸素ガス添加量が６体積％、残りが窒素ガスの添加量である場合には、酸窒化物誘電体層１３の屈折率（ｎ１３）が１．９５程度の膜が得られる。このような屈折率を持つＳｉＨｆＯＮ膜を酸窒化物誘電体層１３として用いると、上述したように屈折率が１．９５のＳｉＨｆＮ膜と同様に、Ａａ＜Ａｃの条件を満たすためには、第３誘電体層１８（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）の膜厚を、比較的に厚くせざるを得ない。このため、レーザ光により供給された熱が反射層１９側に逃げにくくなり、情報記録層１６の劣化につながるおそれがある。従って、酸窒化物誘電体層１３としてＳｉＨｆＯＮ膜を用いる場合にも、屈折率の上限を１．９より小さくすることが好ましい。
上記実施例では、酸窒化物誘電体層１３を成膜する際に、Ｓｉを主成分とするターゲット母材に、Ｈｆを１原子％添加し、パルスＤＣ法によりＳｉＨｆＯＮ膜を成膜した場合の膜特性及び媒体特性について述べた。
次に、本発明の第２の実施例として、パルスＤＣ法を用いてＳｉ99Ｈｆ1（原子％）ターゲットからＳｉＨｆＯＮ膜を成膜した場合の成膜速度と、従来のＲＦスパッタ法を用いてＳｉ99Ｎｉ1（原子％）ターゲットからＳｉＮｉＯＮ膜を成膜した場合の成膜速度との比較を行った。図８は、パルスＤＣ法により成膜したＳｉＨｆＯＮ膜とＲＦ法により成膜したＳｉＮｉＯＮ膜の双方の成膜速度を示している。また、図９は、図８と同じ膜についてそれらの屈折率を示すグラフである。双方の膜について、Ａｒガスの含有量が８０体積％の条件で成膜したものを代表例として示した。図８から、成膜速度は、ＳｉＨｆＯＮ膜ではＯ2添加量が９体積％で最大値３４５Å／分であり、ＳｉＮｉＯＮ膜ではＯ2添加量が同じく９体積％で最大値２３０Å／分であることを示す。従って、Ｈｆを添加した実施形態のＳｉＨｆＯＮ膜は、従来のＳｉＮｉＯＮ膜に比して約１．５倍の速い成膜速度を有していることが確認できる。ＲＦスパッタ法は、ターゲットに投入したエネルギーの大半が熱エネルギーとして消費されるので、実際に成膜に寄与するエネルギーがパルスＤＣ法に比べて少ないため成膜効率が悪く、速い成膜速度が得られない。なお、双方の膜の屈折率は、ほぼ１．５であり、同じ値を示している。この現象は、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇから成る群から選択される１以上の元素を添加した各場合について、下記のように同様に確認できており、実施形態の方法によって、成膜速度が速く、生産性に優れた酸窒化誘電体膜が得られることが判明した。
表１は、上記群から選択される元素が１原子％添加された各膜の最大成膜速度及び屈折率を従来のＳｉＮｉＯＮ膜と比較して示している。従来のＲＦ法で成膜したＳｉＮｉＯＮ膜の最大成膜速度は、Ａｒガスの含有量が８０体積％の条件では、２３０Å／ｍｉｎ、屈折率は１．５０３であった。表１より、いずれの膜も、従来のＳｉＮｉＯＮ膜と比べ、成膜速度が速く、生産性に優れていることが判る。
Figure 0004193147
上記実施例では、酸窒化物誘電体層１３を成膜する場合に、Ｓｉを主成分とするターゲット母材に、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇをそれぞれ１原子％添加した場合の膜特性について述べた。以下の実施例では、上述した添加元素がＳｉを主成分とする酸窒化物誘電体層１３の膜中に含まれる好ましい量が、０．２原子％〜１０原子％の範囲であることを確かめたものである。
先ず、第３の実施例について説明する。酸窒化物誘電体層１３を成膜する場合に、Ｓｉを主成分とするターゲット母材に、添加するＨｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇの添加量を０原子％〜３０原子％の範囲で変化させて成膜を行い、Ｓｉを主成分とするターゲット母材に添加した各添加元素の量と実際に成膜された酸窒化物誘電体層１３中に含まれる添加元素の量との関係、及び、成膜速度及び屈折率の振舞いと膜中に含まれる添加元素の量との関係について検討を行った。
図１０に添加元素としてＮｂを用いた場合のターゲットに含まれるＮｂの添加量と実際に成膜されたＳｉＮｂＯＮ膜に含まれるＮｂの含有量との関係を示す。図１０より、Ｎｂの添加量が１原子％のＳｉ99Ｎｂ1（原子％）ターゲットを用いると、ＳｉＮｂＯＮ膜中に含まれるＮｂ量は０．２原子％であり、Ｓｉ70Ｎｂ30（原子％）ターゲットを用いると、ＳｉＮｂＯＮ膜に含まれるＮｂ量は１１．３原子％である。一方、成膜されたＳｉＮｂＯＮ膜の膜特性（成膜速度及び屈折率）としては、ＳｉＮｂＯＮ膜に含まれるＮｂ量が０原子％〜１１．３原子％の範囲では、Ｎｂ含有量が異なっても大きな変化はみられなかった。なお、この傾向は、上述したＮｂ以外の元素であるＨｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇについても同様の結果が得られている。しかしながら、上述した添加物を含有する酸窒化物誘電体層１３を用いた光ディスク媒体の記録感度及びその媒体の環境試験を行った際の反射率変化に僅かな変化がみられる添加量域が存在することが判明した。なお、以下に示す評価媒体の媒体構成は、酸窒化物誘電体層１３の構成材料及び組成を除き、第１の実施形態の光ディスクの構成と同一である。
第３の実施例で、添加物にＮｂを選択し、ＳｉＮｂＯＮ膜の膜中の含有量を０原子％〜１１．３原子％の範囲で変化させて成膜を行った光ディスク媒体の環境試験結果を下記表２に示す。環境試験は、恒温恒湿槽内で、８０℃、９０％湿度の雰囲気中に、３０００時間保持したのち、試料を取り出して、環境試験前後の反射率の変化（△Ｒ（％）＝試験前反射率−試験後反射率）を調べた。下記表２は、添加物がＮｂの場合における膜中の含有量ｙ（原子％）と△Ｒ（％）との関係を示す。また表２に、同じ添加物Ｎｂを用いた場合の光ディスク媒体の記録感度（記録パワ（ｍＷ））とＮｂ添加量（ターゲット）及びＮｂ含有量（膜中）との関係を同時に示す。
Figure 0004193147
一般的には、媒体特性としては、環境試験前後での反射率差は、限りなくゼロが望ましく、又、記録感度は高いこと（最適記録パワーが小さくなること）が望ましい。これらの点を考慮すると、表２より、ＳｉＮｂＯＮ膜に含有される好ましいＮｂ含有量は、△Ｒの観点からは、０．２原子％〜１１．３原子％の範囲にあり、記録パワの観点からは、０原子％〜１０原子％の範囲にある。従って、上述した２つの特性を同時に満たすために、ＳｉＮｂＯＮ膜に含有されるべき好ましいＮｂ含有量は、０．２原子％〜１０原子％の範囲となる。またこのようなＳｉＮｂＯＮ膜を得るために用いるＳｉＮｂターゲットへのＮｂの添加量は、上述した結果及び表２より、１原子％〜２６．７原子％の範囲が望ましいことが判る。
第４の実施例として、添加物にＨｆを選択し、ＳｉＨｆＯＮ膜の膜中の含有量を０原子％〜１１．３原子％の範囲で変化させて成膜を行った光ディスク媒体の環境試験結果を下記表３に示す。環境試験は、恒温恒湿槽内で、８０℃、９０％湿度の雰囲気中に、３０００時間保持したのち、試料を取り出して、環境試験前後の反射率の変化（△Ｒ（％）＝試験前反射率−試験後反射率）を調べた。下記表３は、添加物がＨｆの場合における膜中の含有量ｙ（原子％）と△Ｒ（％）の関係を示す。また表３に、同じ添加物Ｈｆを用いた場合の光ディスク媒体の記録感度（記録パワー（ｍＷ））とＨｆ添加量（ターゲット）及びＨｆ含有量（膜中）との関係を同時に示す。
Figure 0004193147
表３より、ＳｉＨｆＯＮ膜に含有されるべき好ましいＨｆ含有量は、△Ｒの観点からは、０．２原子％〜１１．５原子％の範囲にあり、記録パワの観点からは、０原子％〜１０原子％の範囲にある。従って、上述した２つの特性を満たすためには、ＳｉＨｆＯＮ膜に含有されるべき好ましいＨｆ含有量は、０．２原子％〜１０原子％の範囲となる。またこのようなＳｉＨｆＯＮ膜を得るために用いるＳｉＨｆターゲットへのＨｆの添加量は、上述した結果及び表３より、１原子％〜２６．７原子％の範囲が望ましいことが判る。
第５の実施例として、添加物にＭｏを選択し、ＳｉＭｏＯＮ膜の膜中の含有量を０原子％〜１１．３原子％の範囲で変化させて成膜を行った光ディスク媒体の環境試験結果を下記表４に示す。環境試験は、恒湿槽内で、８０℃、９０％湿度の雰囲気中に、３０００時間保持したのち、試料を取り出して、環境試験前後の反射率の変化（△Ｒ（％）＝試験前反射率−試験後反射率）を調べた。下記表３は、添加物がＭｏの場合における膜中の含有量ｙ（原子％）と△Ｒ（％）の関係を示す。また表３に、同じ添加物Ｍｏを用いた場合の光ディスク媒体の記録感度（記録パワー（ｍＷ））とＭｏ添加量（ターゲット）及びＭｏ含有量（膜中）との関係を同時に示す。
Figure 0004193147
表４より、ＳｉＭｏＯＮ膜に含有されるべき好ましいＨｆ含有量は、△Ｒの観点からは、０．２原子％〜１１．４原子％の範囲にあり、記録パワの観点からは、０原子％〜１０原子％の範囲にある。従って、上述した２つの特性を満たすためには、ＳｉＭｏＯＮ膜に含有されるＭｏ含有量は、０．２原子％〜１０原子％の範囲となる。またこのようなＳｉＭｏＯＮ膜を得るために用いるＳｉＭｏターゲットへのＭｏの添加量は、上述した結果及び表４より、１原子％〜２６．７原子％の範囲が望ましいことが判る。
上述した第３〜第５の実施例と同様に、Ｓｉを主成分とするターゲットへの添加物として、上記以外に、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇを検討した。その結果、いずれの添加物においても、Ｓｉターゲット母材に添加する場合には、添加物のターゲットへの添加量が１原子％〜２６．７原子％の範囲でその効果が認められ、反射率変化がなく、高感度な光学的情報記録媒体が得られることを確認した。また成膜された酸窒化物誘電体層１３に含まれる各添加元素の好ましい含有量は０．２原子％〜１０原子％の範囲にあることを分析により確認した。
図１１に、Ｓｉターゲット母材にＨｆを添加した場合の添加量とターゲットの比抵抗との関係を示す。比較として、ＳｉにＮｉを添加した場合の関係も同時に示す。Ｈｆを添加した場合には、比較的少ない量でターゲット比抵抗が１Ω・ｃｍ以下となるため、パルスＤＣスパッタ法で安定した放電状態が得られることが判る。なお、この傾向は、上述したＨｆ以外のＭｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇを添加しても同様の傾向が得られている。一方、Ｎｉを添加した場合には、Ｎｉの添加量が１０原子％以上でないと１Ω・ｃｍ以下にはならないため、Ｎｉの添加量が比較的少ない領域ではパルスＤＣスパッタ法は適用できず、ＲＦスパッタ法を選択するしかない。しかし、この場合には、前述したように、ＲＦスパッタ法はターゲットに投入したエネルギーの大半が熱エネルギーとして消費され、実際に成膜に寄与するエネルギーがパルスＤＣ法に比べて少ないため、成膜効率が悪く、速い成膜速度が得られない。
以上のことから、Ｓｉのターゲット母材に、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｗ及びＡｇを添加することにより、ターゲット比抵抗が低くなり、パルスＤＣスパッタ法の適用が可能となることが確認できた。これらの添加物を添加したＳｉ主成分のターゲットを用いることで、成膜速度の速い誘電体膜を得ることができる。
また、上記第１の実施形態、及び、第１〜第５の実施例では、いわゆる基板入射タイプの光学的情報記録媒体について述べてきたが、上述したＳｉ系酸窒化物誘電体層を、基板入射タイプとは逆に積層された、透明フィルム層入射タイプの光学的情報記録媒体に用いても、同様の効果が認められる。以下に、透明フィルム層入射タイプの光学的情報記録媒体について具体的に説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る透明フィルム層入射タイプの光学的情報記録媒体を示す断面図である。本実施形態の光ディスク媒体では、酸窒化物誘電体層として、例えば、酸窒化シリコンニオブ膜（ＳｉＮｂＯＮ）を用いたものである。本実施形態に係る光ディスク媒体２０は、基板２１上に、反射層２２、第１誘電体層２３、第１界面層２４、情報記録層２５、第２界面層２６、第２誘電体層２７、酸窒化物誘電体層２８、及び、第３誘電体層２９がこの順に積層されて形成されている。第３誘電体層２９の上には、薄い透明なフィルム３０が貼り合わされており、情報の記録、再生のためのレーザ光は、この透明なフィルム３０側から入射される。各誘電体層や反射層、透明フィルムは、１層で構成してもよく、或いは、複数層で構成してもよい。
基板２１は、例えばプラスチック、樹脂又はガラスからなる基板であり、その厚さは例えば１．１ｍｍである。なお、この基板２１は、基板入射タイプの光ディスクとは異なりこの面からレーザ光が入射するわけではないため、必ずしも透明でなくともよい。
また、第１誘電体層２３、第２誘電体層２７及び第３誘電体層２９は、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ2により形成されている。酸窒化物誘電体層２８は、例えば、酸窒化シリコンニオブ（ＳｉＮｂＯＮ）等の酸窒化物誘電体により形成されている。この酸窒化物誘電体層２８である酸窒化シリコンニオブ膜は、反応性スパッタリングにより成膜されており、その酸素含有量は例えば３９〜６７．５原子％である。第１界面層２４及び第２界面層２６は、例えば、ＧｅＮにより形成されており、情報記録層２５は、例えば、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5により形成されている。更に、反射層２２は、例えばＡｌＴｉにより形成されている。更にまた、第３誘電体層２９上に貼りあわされた薄い透明なフィルム３０は、ポリカーボネイト（ＰＣ）からなり厚さは例えば０．１ｍｍである。
情報記録層２５の非晶質状態における光吸収率Ａａは、結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くなっている。Ａａ＜Ａｃとするため、各層の屈折率は以下のように設定されている。薄い透明なフィルム３０の屈折率（ｎ３０）は、一般的に１．５〜１．６程度である。このため、第３誘電体層２９の屈折率（ｎ２９）は、これより高い屈折率とする必要がある。なぜならば、第３誘電体層２９の屈折率ｎ２９が薄い透明なフィルム３０の屈折率ｎ３０と実質的に等しいと、第３誘電体層２９と薄い透明なフィルム３０とが光学的に略等価となり、上述のＡａ＜Ａｃを満たすことができなくなるからである。また、第３誘電体層２９は、薄い透明なフィルム３０に対して密着性が良好であることが好ましい。そこで、第３誘電体層２９、第２誘電体層２７及び第１誘電体層２３をＺｎＳ−ＳｉＯ2膜により形成する。ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜の屈折率は、約２．３５である。
酸窒化物誘電体層２８を形成する酸窒化シリコンニオブ膜の屈折率は、１．４３〜１．８程度である。これにより、酸窒化物誘電体層２８の屈折率ｎ２８と第２誘電体層２７の屈折率ｎ２７との間の関係はｎ２８＜ｎ２７となり、第３誘電体層２９の屈折率ｎ２９と酸窒化物誘電体層２８の屈折率ｎ２８との間の関係はｎ２９＞ｎ２８となる。これにより、情報記録層２５の非晶質状態における光吸収率Ａａを、結晶状態における光吸収率Ａｃよりも低くすることができる。
なお、酸窒化物誘電体層２８を形成する酸窒化シリコンニオブル膜の酸素濃度及びＮｂの添加量は、既に述べた第１実施形態と同様な範囲にある。これは、膜の積層順序が、基板入射タイプとカバー層入射タイプで異なるのみであり、個々の膜が担う役割に変わりがないためである。
従って、本第２実施形態では、酸窒化物誘電体層２８として、酸窒化シリコンニオブ（ＳｉＮｂＯＮ）を一例として用いたが、この酸窒化物誘電体層２８としては、上述した第１実施形態に記載されている他の酸窒化物誘電体層を用いても同様の効果がある。
なお、上述の第１の実施形態における第１誘電体層１２、第２誘電体層１４、第１界面層１５、情報記録層１６、第２界面層１７、第３誘電体層１８の組成、各層を構成する層の層数及び成膜方法等、並びに、第２の実施形態における第１誘電体層２３、第２誘電体層２７、第１界面層２４、情報記録層２５、第２界面層２６、第３誘電体層２９の組成、各層を構成する層の層数及び成膜方法等は、上述のものに限定されるものではなく、要求される記録再生特性及び用途に応じて適宜選択することができ、これらの条件を適宜選択した媒体に対しても、上述の実施形態と同様な効果を得ることができる。
また、透明基板１１、２１及び薄い透明なフィルム３０を含む各層の材料及び厚さは、上述の材料及び厚さに必ずしも限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができ、これらの適宜選択した材料や厚さを用いた媒体に対しても、上述の実施形態と同様な効果が得られる。
更に、上述の実施例においては、酸窒化シリコンニオブ膜を成膜する際の反応性スパッタリングにおける雰囲気ガスのガス圧が０．２Ｐａである場合について説明したが、ガス圧が０．０９〜０．５Ｐａの範囲において、上述したＡｒガス、Ｏ2ガス及びＮ2ガスの添加量で同様の成膜速度及び屈折率を有する酸窒化シリコンニオブ膜が得られ、第１〜第５の実施例に示した特性と同等の特性が得られることは確認済みである。
更にまた、上述の各実施例においては、媒体を構成する薄膜の形成装置としてインラインタイプの成膜装置を使用した例を示したが、基板を１枚づつ処理する枚様式の成膜装置を使用しても、同様な効果が得られる。
本発明の第１の実施形態に係る光ディスクを示す断面図である。 横軸に混合ガス中のＯ2ガスの添加量をとり、縦軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の成膜速度をとって、混合ガス中のＯ2ガスの添加量が成膜速度に及ぼす影響を示すグラフ図である。 横軸に混合ガス中のＯ2ガスの添加量をとり、縦軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率をとって、混合ガス中のＯ2ガスの添加量が屈折率に及ぼす影響を示すグラフ図である。 横軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率をとり、縦軸に膜中に含まれるシリコン、酸素、窒素及びハフニウムの含有量をとって、各屈折率を有する膜の各元素の含有量を示すグラフ図である。 横軸に酸窒化シリコンハフニウム膜の屈折率をとり、縦軸に膜の密度をとって、各屈折率を有する膜の密度を示すグラフ図である。 横軸に混合ガス中のＯ2ガス添加量をとり、縦軸に酸化シリコンハフニウム膜の成膜速度及び屈折率をとって、混合ガス中にＮ2ガスを添加しない場合において、混合ガス中のＯ2ガス添加量が成膜速度及び屈折率に及ぼす影響を示すグラフ図である。 屈折率が１．４３〜１．８の範囲にあり、かつ成膜速度が速い酸窒化物誘電体層が得られる混合ガスの範囲を示した図である。 パルスＤＣスパッタ法で成膜したＳｉＨｆＯＮ膜及びＲＦスパッタ法で成膜したＳｉＮｉＯＮ膜の成膜速度の酸素添加量依存性を比較したグラフ図である。 パルスＤＣスパッタ法で成膜したＳｉＨｆＯＮ膜及びＲＦスパッタ法で成膜したＳｉＮｉＯＮ膜の屈折率の酸素添加量依存性を比較したグラフ図である。 添加元素としてＮｂを用いた場合のターゲットに含まれるＮｂの添加量と実際に成膜されたＳｉＮｂＯＮ膜に含まれるＮｂの含有量の関係を示したグラフ図である。 Ｓｉを主成分とするターゲット母材にＨｆ又はＮｉを添加したＳｉＨｆターゲット及びＳｉＮｉターゲットの比抵抗を比較したグラフ図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ディスクを示す断面図である。
符号の説明
１０：光ディスク
１１：透明基板
１２：第１誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
１３：酸窒化物誘電体層（酸窒化膜）
１４：第２誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
１５：第１界面層（ＧｅＮ膜）
１６：情報記録層（Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5膜）
１７：第２界面層（ＧｅＮ膜）
１８：第３誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
１９：反射層（ＡｌＴｉ膜）
２０：光ディスク
２１：基板
２２：反射層（ＡｌＴｉ膜）
２３：第１誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
２４：第１界面層（ＧｅＮ膜）
２５：情報記録層（Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5膜）
２６：第２界面層（ＧｅＮ膜）
２７：第２誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
２８：酸窒化物誘電体層（酸窒化膜）
２９：第３誘電体層（ＺｎＳ−ＳｉＯ2膜）
３０：透明フィルム

Claims (11)

  1. 基板と、該基板上に形成された酸窒化物誘電体層及び情報記録層とを有する光学的情報記録媒体において、
    前記酸窒化物誘電体層が、Ｓｉを主成分とし、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、及び、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたＳｉ系酸窒化物を含むことを特徴とする光学的情報記録媒体。
  2. 前記Ｓｉ系酸窒化物が、３９〜６７．５原子％の酸素を含有することを特徴とする、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  3. 前記酸窒化物誘電体層の屈折率が１．４３〜１．８の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  4. 前記Ｓｉ系酸窒化物は、前記元素を、０．２〜１０原子％含有することを特徴とする、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  5. 前記基板が透明基板であり、該透明基板上に、第１の誘電体層と、前記酸窒化物誘電体層と、第２の誘電体層と、前記情報記録層と、第３の誘電体層と、反射層とがこの順に積層されており、
    前記反射層は、外部から照射されて前記基板、前記酸窒化物誘電体層、前記情報記録層及び前記誘電体層を透過した光を、前記情報記録層に向けて反射し、
    前記第１の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きく、前記第２の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  6. 前記基板上に、反射層と、第１の誘電体層と、前記情報記録層と、第２の誘電体層と、前記酸窒化物誘電体層と、第３の誘電体層と、透明シートとがこの順に積層されており、
    前記反射層は、外部から照射されて前記透明シート、前記酸窒化物誘電体層、前記情報記録層及び前記第１の誘電体層を透過した光を前記情報記録層に向けて反射し、
    前記第２の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きく、前記第３の誘電体層の屈折率が前記酸窒化物誘電体層の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光学的情報記録媒体。
  7. アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）及び窒素（Ｎ2）を含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングによって基板上に酸窒化物誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程とを有し、
    前記反応性スパッタリングは、Ｓｉを主成分とし、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、及び、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
  8. 前記混合ガスの組成は、（Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2）体積％の表記で、（９０、９、１）体積％と、（８０、１２、８）体積％と、（７０、１２、１８）体積％と、（７０、２、２８）体積％と、（８０、３、１７）体積％と、（９０、７、３）体積％とで囲まれた六角形とその内部の領域により示される組成であることを特徴とする、請求項７に記載の光学的情報記録媒体の製造方法。
  9. 前記Ｓｉを主成分とするターゲットは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、及び、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の元素が、１〜２６．７原子％添加されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の光学的情報記録媒体の製造方法。
  10. 透明基板上に積層を形成する工程であって、第１誘電体層を形成する工程と、アルゴン、酸素及び窒素を含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングにより酸窒化物誘電体層を形成する工程と、第２誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程と、第３誘電体層を形成する工程と、反射層を形成する工程とを順次に含む工程を有し、
    前記反応性スパッタリングが、Ｓｉを主成分とし、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、及び、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
  11. 基板上に積層を形成する工程であって、反射層を形成する工程と、第１の誘電体層を形成する工程と、情報記録層を形成する工程と、第２誘電体層を形成する工程と、アルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスを含有する混合ガスの雰囲気下で、反応性スパッタリングにより酸窒化物誘電体層を形成する工程と、第３誘電体層を形成する工程と、透明シートを配設する工程とを順次に含む工程を有し、
    前記反応性スパッタリングが、Ｓｉを主成分とし、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、及び、Ｗからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されたターゲットを使用することを特徴とする光学的情報記録媒体の製造方法。
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