JPH02198870A - 薄膜型サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特に、感熱記録方式に用いられる薄膜型サー
マルヘッドと、その製造方法に関するものである。

従来の技術 一般に、薄膜型サーマルヘッドは、絶縁性基板上に、多
数の発熱体列と、これに、電力を供給するための導体層
を設け、これらの上に耐摩耗保護膜を形成した構成をと
る。

ところで、この構成において、耐摩耗保護膜に要求され
る性質としては１次の事柄が挙げられる。

（１）耐摩耗特性が良好なこと。（機械的な摩耗〔硬度
、摩擦係数が関与〕、電気化学的な摩耗〔異常摩耗で、
紙と耐摩耗保護膜との反応が関与〕のいずれも少ないこ
と） （２）耐熱性が良好であること。（加熱時、ボイドの発
生、クラックの発生がないこと） （３）発熱体層、導体層等、耐摩耗保護膜の下に形成さ
れた膜の電界腐食が生じないこと。（紙との吸湿下での
摺動時に生じ、段差被覆性が良好ナコト、ピンホールフ
リーであること、緻密で吸湿性がないこと） （４）発熱体層、導体層、基板等の下地層との密着性が
良好なこと。

（５）耐静電気性が良好なこと。（特に乾燥下、熱転写
方式の様に、転写紙であるＰＩ！？（絶縁物）と、耐摩
耗保護膜の摺動時に生じる静電気により、静電破壊が生
じる） これらの事柄が考えられる。

上述した事柄に対して、特に（３）は、信頼性の面で重
要であり、こうした問題に対しては、プラズマＣＶＤ（
ケミカルペーパデポジション）法が効果がある。何故な
らプラズマＣＶＤ法は、基本的に原料ガスの分解と、表
面反応の促進により、膜を堆積させる方法であるため、
成膜に要するエネルギーＣ電力）が小さくて済み、異常
放電による粒状突起、ピンホール等の欠陥が生じ難く、
また、緻密かつ段差被覆性に優れているため、下地層の
電界腐食が生じ難く、信頼性が格段に改善される。

ところで、このプラズマＣＶＤを用いた保護膜としては
１通常半導体ＩＣ等で、多用されているＳｉＮ　（シリ
コンナイトライド）膜が、−船釣である。それは、Ｓｉ
Ｎ膜のアルカリイオン阻止能が、大きく、また、耐湿性
に優れるためである。

一方、ＳｉＮ膜の応力は、極めて大きく、通常、厚く堆
積したり、熱サイクルを繰り返すと、応力割れを引き起
こす。

サーマルヘッドの耐摩耗保護膜は、摩耗特性および信頼
性の観点から、通常５μｍ程度の厚さが必要であるため
％５１Ｎ膜では、クラックが生じ易く、使用に供せない
。

このため１例えば、特開昭６２−１４６７３５号公報に
あるように、シリコンオキシナイトライド膜（以降５ｉ
ＯＮ膜と表記）、シかも原料ガスとして、８ｉＨ４、Ｎ
２０・Ｎ２　を用いて形成した膜は、有用である。これ
は、ＳｉＮ膜の場合プラズマＣＶＤ法で成膜する際、基
板温度が低いために原料ガスが、完全に１００係分解す
るわけではなく、その一部は、例えば、５ｉ−Ｈ，５ｉ
−Ｎ２゜Ｎ−Ｎ２等の形で膜中に水素が残り、これら、
比較的結合エネルギーの低い生成物として存在する水素
は、６００℃程度の加熱によっても、比較的簡単にＮ２
等の形で、膜外へ抜は出る。この様に。

膜中の水素が離脱する際、気泡やクラックの発生を伴い
、サーマルヘッドの耐摩耗保護膜のように、長期に渡る
耐熱性が要求される用途で用いることは、難しい。一方
、５ｉＯＮ膜では、原料ガスＨ２０の分解により生じる
酸素により、膜中の水素を引き抜く効果の為、膜中に存
在する水素量が減り耐熱性が、向上する。しかしながら
、水素を減らすためにはある程度Ｎ２０を多めに供給し
なければならず、この際、膜中の水素は減るが、必然的
に膜中にも酸素が増し、Ｓｌ−〇結合が増加し、膜硬度
の低下を招く。とけ言うものの、このプラズマＣＶ　Ｄ
形成５ｉＯＮ　Ｊｌｌ（６／Ｊ　ｍ　）ハ、ビッカース
硬度（加重６０２）で１ｅｏＯ初／−で、通常のファク
シミリ等、感熱紙を使用する用途においては、十分な硬
度、信頼性を有していると言える。即ち、上述したサー
マルヘッドの耐摩耗保護膜に要求される性質の内、（１
）〜（４）は、満たすが、（５）は、満たさない。この
（に）は特に、転写方式にサーマルヘッドを適用する際
に重要な事柄で、従って、プラズマＣＶＤ形成５ｉＯＮ
膜の場合、その比抵抗は、１０１３〜１０１４（Ω・ｍ
）で、完全な絶縁体であり、転写方式の際サーマルヘッ
ドに接し摺動する転写紙が、ＰＥＴ（絶縁体）であるた
め、その際発生する静電気により、静電破壊が、生じる
という問題があった。

発明が解決しようとする課題 この様に、従来、耐摩耗性（比較的高硬度である）、耐
熱性、電界腐食等の信頼性の観点で、プラズマＣＶＤ法
で形成した５ｉＯＮ膜が、サーマルヘッドの耐摩耗保護
膜に用いられており、通常の感熱紙を用いる用途（ファ
クシミリ装置等）においては、十分な信頼性を有すると
言えるが、−方、熱転写方式のように、ＰＩＥ丁のよう
な絶縁体でなる転写紙とヘッドを摺動させる必要がある
用途においては、上記５ｉＯＮ膜の比抵抗が、１０１ｓ
〜１０１４（Ω・ｍ）と完全な絶縁体であるため、摺動
時に生じる静電気により、ヘッドに静電破壊が生じ、熱
転写方式における要求仕様を満足することができなかっ
た。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明は、珪素。

チタ／、酸素、窒素を主成分として耐摩耗保護膜を形成
したものである。

作用 この構成における珪素（Ｓｉ）、チタン（’ｒ　ｉ）。

酸素（０）、窒素（Ｎ）でなる耐摩耗保護膜（以降５ｉ
ＴｉＯＮ膜と表記する）は、特に、適切な条件下で２酸
素を膜中に大量に含まない限りにおいては、膜中にＴｉ
　、　Ｔｉ−８ｉ　、　Ｔｉ−Ｎ　　等の金属的電気伝
導を示すもの、Ｓｉ、Ｔｉ−０等半導体的電気伝導を示
すもの、Ｓ　ｉ　−Ｎ　、　Ｓ　ｉ−０等絶縁体的なも
のを含む。ここで、硬度の比較的大きいＴｉ−Ｈの生成
に伴い、５ｉＴｉＯＮ膜は５ｉＯＮ膜に比して硬度は、
大きく、また、前述した金属的、半導体的電気伝導を示
す生成物の存在により、膜に導電性が付与され、従って
、電荷を逃がすため（電荷が蓄積しないため）、静電破
壊を防ぐことが可能となる。

従って、本５ｉＴｉＯＮ膜を耐摩耗保護膜に用いること
で、信頼性の高い薄膜型サーマルヘッドとすることが可
能となる。

実施例 本実施例では、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）。

酸素（０）、窒素（Ｎ）を主成分としてなる５ｉＴｉＯ
Ｎ膜を、５ｉ）１４．ＴｉＣＪ４．Ｎ２０゜Ｎ２を原料
ガスとして用い、プラズマＣＶＤ法で成膜した場合につ
いて述べる。

成膜に用いた装置は、平行平板型（容量結合型）プラズ
マＣＶＤ装置で、％極形状は、３００１ｆｆφ。

電極間隔２ｏｍ、ＲＦ周波数１３．５６　ＭＨｚ　、Ｒ
Ｆ電力ｅｉｏｏｗ　、ガス圧力１Ｔｏｒｒ　、基板温度
３６０℃で、上記原料ガスを導入することにより形成し
た。

第２図に、ＳｉＨ４流量１ｅｓｃａｍ、Ｎ２０流量１ｅ
　５ａａｖａ　、　Ｎ２流量４００ｇ００！１１（一定
）下で。

Ｔｉｃ／！４流量を変化させた際の膜の抵抗率と、硬度
の関係を示す。

ライン１は、膜の抵抗率を表し、ライン２は。

膜のビッカース硬度（加重５０Ｆでの値）を表す。

同図に示すように、Ｔｉ、Ｏ１４流量を増加するのに伴
い、抵抗率は、減少し、硬度は、大きくなる。

これは、ＴｉＣｌ１４流量を増加するのに伴い、即ち、
８ｉＯＮ膜にＴ１　を導入することで、５ｉ−０゜５ｉ
−Ｎといういずれも絶縁体である場合に対して、Ｔｉ　
、　Ｔｉ−３ｉ　、　Ｔｉ　−Ｎ　　等の金属的電気伝
導を示す生成物および丁１−〇等の半導体的電気伝導を
示す生成物の存在により、膜に導電性が付与され、一方
、Ｔｉ−Ｎというビッカース硬度３０００　ｋｑ　／−
程度という硬度を有する生成物の存在により、膜硬度も
増加する為である。但し、ここで、Ｎ、Ｏ流量を無制限
に多くすることに対しては、５ｌ−ｏ等の生成により、
抵抗率の増加と、硬度の低下をもたらすため、注意を要
し、適切に添加することが必要である。

また、ＴｉＣ１ｔ４を増加するのに伴い、ＣＪ−）−Ｈ
→ＨＣ１↑の引き抜き反応が増すため、５ｉ−Ｈ等の結
合エネルギーの低い生成種が減り、耐熱性が向上する。

但し、この時、膜中にＣＩも残るため、この発熱体層、
導体層（ｔｉ）への影響がある場合には、ＳｉＨ４の替
わりに”２Ｈ６を用いるか、Ｎ２の替わりにＮ２とＮ２
或は、ＮＨ，を用いると、上述した反応により、膜中の
Ｃｄを抑えることが可能である。

この様に、５ｉＯＮ膜に言わば、Ｔｉを導入することで
膜に導電性を付与せしめ、硬度の増加をもたらすと共に
、耐熱性をも、向上させることが可能となる。

次いで、第１図に示すように、絶縁性基板として、アル
ミナの上にガラスグレイズ層を設けたグレイズドアルミ
ナ基板３上に、発熱体層４．導体層（電極）６を順次積
層形成した後、パターン形成を行ったものに対して、本
発明の５ｉＴｉＯＮ膜６を形成し、実際のサーマルヘッ
ドとしたものに対して、パルス幅３．６１１ｆｉ６０．
、ライン周期１０１１　Ｂ　６　Ｇ、　／　１ｉｎｅ印
加電力０．３Ｗ／ｃｌｏｔで、転写紙（ＰＩＴ）を用い
て、ヘッドと転写紙を長距離摺動させた。この際、５ｉ
ＴｉＯＮ膜の抵抗率は、第２図に示す種々のものを、各
々６μ重厚形成したものを用い、また、比較の為に、５
ｉＯＮ膜（第１図で、τｉｃｔ／４がｏ　ｇｏＣｓのと
き）についても、同じことを行った。

これにより、８１ＯＮ膜、即ち、１０１５〜１０１４Ω
・黴の抵抗率のものでは、静電破壊による発熱体ドツト
の損傷による白抜けが、著しく生じたのに対し、第２図
に示す様にＴ　ｉ　Ｃ１４流量を増加させるにつれ、即
ち、導電性が付与されるにつれ。

静電破壊が減り、１０９〜１０１０　Ｑ　、　！１以下
の抵抗率になると、静電破壊は、全く生じなくなった。

尚、本実施例では、成膜時の基板温度を３６０℃とした
が、これは１通常、サーマルヘッドを用いる場合の使用
最高発熱温度が、３５０℃程度で、この温度で、クラッ
ク、気泡の発生を抑えるためと１発熱体層、導体層等の
下地との付着力を向上させるために、少なくとも、この
程度の成膜温度は、最低必要となる。しかし、これより
使用温度が、低い用途においては、成膜温度を３５０℃
以下にしても差し支えない。

発明の効果 以上のように１本発明の珪素、チタン、酸素。

窒素を主成分としてなる５ｉＴｉＯＮ膜は、転写紙との
摺動時に生じる静電破壊を防止することができると共に
、膜硬度も大きく摩耗性も改善され、加えて、耐熱性も
改善される。

従って、この８１τｉｏｎ膜を耐摩耗保護膜に用いるこ
とで、薄膜型サーマルヘッドの信頼性を著しく向上させ
ることが、可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる薄膜型サーマルヘ
ッドの構成断面図、第２図は、本発明の珪素、チタン、
酸素、窒素を主成分としてなる耐摩耗保護膜の抵抗率、
硬度のτ１ｃｅ４流量に対する依存性を示す特性図であ
る。 ３・・・・・・グレイズドアルミナ基板、４・旧・・発
熱体層、６・・・・・・導体層、６・・・・・・５ｉＴ
ｉＯＮ膜。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　はが１名賜１
図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板と、この基板上に設けた多数の発熱体
   列と、この発熱体列の上に設けた耐摩耗保護膜とを備え
   、上記耐摩耗保護膜が、珪素、チタン、酸素、窒素を主
   成分としてなることを特徴とする薄膜型サーマルヘッド
   。
2. （２）珪素、チタン、酸素、窒素を主成分としてなる耐
   摩耗保護膜が、プラズマＣＶＤ法により形成されたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   薄膜型サーマルヘッド。
3. （３）絶縁性基板上に設けた多数の発熱体列上にプラズ
   マＣＶＤ法により、珪素、チタン、酸素、窒素を主成分
   としてなる耐摩耗保護膜を形成することを特徴とする薄
   膜型サーマルヘッドの製造方法。
4. （４）珪素、チタン、酸素、窒素を主成分としてなる耐
   摩耗保護膜をプラズマＣＶＤ法で形成する際の原料ガス
   としてＳｉＨ＿４もしくは、Ｓｉ＿２Ｈ＿６、ＴｉＣｌ
   ＿４、Ｎ＿２Ｏと、Ｈ＿２もしくは、Ｎ＿２とＨ＿２或
   は、ＮＨ＿３を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載の薄膜型サーマルヘッドの製造方法。
5. （５）耐摩耗保護膜が、少なくとも基板温度３５０℃以
   上とし、該原料ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により、
   形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載の薄膜型サーマルヘッドの製造方法。