JPH05201046A - 発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素およびその用途 - Google Patents
発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素およびその用途Info
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- JPH05201046A JPH05201046A JP1284992A JP1284992A JPH05201046A JP H05201046 A JPH05201046 A JP H05201046A JP 1284992 A JP1284992 A JP 1284992A JP 1284992 A JP1284992 A JP 1284992A JP H05201046 A JPH05201046 A JP H05201046A
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Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は発熱抵抗体の表面保護膜として窒化
ケイ素系単層を使用しつつその耐クラック性を向上させ
ることができる蒸着容易な組成およびその表面保護膜を
備えるサーマルヘッドを提供することを目的とする。 【構成】 本発明はSi3N4保護膜の耐クラック性の悪い
原因はサーマルヘッドの基材であるガラスよりも線膨張
率が小さいことに起因するするものであり、Si3N4をそ
の化学量論量よりもＳｉリッチとすることによりその線
膨張率を向上させることができることに着目してなされ
たもので、化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論量よりもＳｉ元
素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比（原子比）０．５〜１．１の
非晶質窒化ケイ素を主体とする発熱抵抗体保護膜用窒化
ケイ素および該保護膜を備えるサーマルヘッド。
ケイ素系単層を使用しつつその耐クラック性を向上させ
ることができる蒸着容易な組成およびその表面保護膜を
備えるサーマルヘッドを提供することを目的とする。 【構成】 本発明はSi3N4保護膜の耐クラック性の悪い
原因はサーマルヘッドの基材であるガラスよりも線膨張
率が小さいことに起因するするものであり、Si3N4をそ
の化学量論量よりもＳｉリッチとすることによりその線
膨張率を向上させることができることに着目してなされ
たもので、化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論量よりもＳｉ元
素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比（原子比）０．５〜１．１の
非晶質窒化ケイ素を主体とする発熱抵抗体保護膜用窒化
ケイ素および該保護膜を備えるサーマルヘッド。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサーマルヘッドの発熱抵
抗体の表面保護膜として有効な窒化ケイ素およびその用
途に関するものである。
抗体の表面保護膜として有効な窒化ケイ素およびその用
途に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サーマルヘッドは熱転写型記録および感
熱記録装置の熱印字素子として使用されており、その発
熱抵抗体の表面には耐摩耗性に優れた保護膜が形成され
る。この保護膜として従来２層構成膜と単層膜とが用い
られている。前者２層構成膜は表層を耐摩耗性に、下層
は発熱抵抗体の酸化や熱衝撃によるクラックの発生を防
止するためのもので、両層の性質を有効に利用するもの
であり、例えば(1)特願昭４７−２２９２４号ではTa2O5/
SiO2を、(2)特願昭６２−１７１１４号ではTa2O5/SiON
を、(3)特開昭５９−１７９３６５号ではSi3N4/SiO2を表
面保護層として２層形成している。この２層形成の場
合、上記(3)では同一チャンバー内で反応ガスを切り換
えることにより連続して製膜することも可能であるが、
基本的に２回製膜作業を必要とし、コスト高である。そ
こで、単一層による表面保護膜の形成が検討されてい
る。例えば(4)特開昭６２−１０５６４７号ではSiO2の
耐摩耗性の欠点の解決するため、Ｓｉリッチな組成とし
た単層膜を形成したり、または特開昭６０−１９０３６
６号ではSiO2にTa2O5を添加した単層膜を形成してい
る。また、(5)特開昭６３−１８５６４５号ではSiONの
単層膜を形成したり、(6)特開昭６０−９７７０号ではSi
3N4の耐クラック性を改善するためにAl2O3またはV2O3を
添加した単層膜を形成したりしている。
熱記録装置の熱印字素子として使用されており、その発
熱抵抗体の表面には耐摩耗性に優れた保護膜が形成され
る。この保護膜として従来２層構成膜と単層膜とが用い
られている。前者２層構成膜は表層を耐摩耗性に、下層
は発熱抵抗体の酸化や熱衝撃によるクラックの発生を防
止するためのもので、両層の性質を有効に利用するもの
であり、例えば(1)特願昭４７−２２９２４号ではTa2O5/
SiO2を、(2)特願昭６２−１７１１４号ではTa2O5/SiON
を、(3)特開昭５９−１７９３６５号ではSi3N4/SiO2を表
面保護層として２層形成している。この２層形成の場
合、上記(3)では同一チャンバー内で反応ガスを切り換
えることにより連続して製膜することも可能であるが、
基本的に２回製膜作業を必要とし、コスト高である。そ
こで、単一層による表面保護膜の形成が検討されてい
る。例えば(4)特開昭６２−１０５６４７号ではSiO2の
耐摩耗性の欠点の解決するため、Ｓｉリッチな組成とし
た単層膜を形成したり、または特開昭６０−１９０３６
６号ではSiO2にTa2O5を添加した単層膜を形成してい
る。また、(5)特開昭６３−１８５６４５号ではSiONの
単層膜を形成したり、(6)特開昭６０−９７７０号ではSi
3N4の耐クラック性を改善するためにAl2O3またはV2O3を
添加した単層膜を形成したりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記サーマ
ルヘッドのように発熱抵抗体の表面保護膜としては(1)
対雰囲気保護性、(2)基体への密着性ならびに(3)耐摩耗
性を備える必要があり、かかる観点からはSi3N4を使用す
るのが得策であるが、上述したように耐クラック性に欠
ける問題点を如何にして解決するかが課題となる。即
ち、この種表面保護膜は通常、スパッタリングなどの薄膜
形成手段を用いて膜形成が行われるが、従来の上記(6)の
解決方法ではAl2O3またはV2O3をSi3N4の蒸着とともに同
時蒸着を行う必要上、複合酸窒化材料を使用するが、酸窒
化膜の製膜雰囲気の制御、即ち薄膜組成を公称の化学量
論量組成に制御することは極めて困難である。そこで、
本発明は発熱抵抗体の表面保護膜として窒化ケイ素系単
層を使用しつつその耐クラック性を向上させることがで
きる蒸着容易な組成およびその表面保護膜を備えるサー
マルヘッドを提供することを目的とする。
ルヘッドのように発熱抵抗体の表面保護膜としては(1)
対雰囲気保護性、(2)基体への密着性ならびに(3)耐摩耗
性を備える必要があり、かかる観点からはSi3N4を使用す
るのが得策であるが、上述したように耐クラック性に欠
ける問題点を如何にして解決するかが課題となる。即
ち、この種表面保護膜は通常、スパッタリングなどの薄膜
形成手段を用いて膜形成が行われるが、従来の上記(6)の
解決方法ではAl2O3またはV2O3をSi3N4の蒸着とともに同
時蒸着を行う必要上、複合酸窒化材料を使用するが、酸窒
化膜の製膜雰囲気の制御、即ち薄膜組成を公称の化学量
論量組成に制御することは極めて困難である。そこで、
本発明は発熱抵抗体の表面保護膜として窒化ケイ素系単
層を使用しつつその耐クラック性を向上させることがで
きる蒸着容易な組成およびその表面保護膜を備えるサー
マルヘッドを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はSi3N4保護膜の
耐クラック性の悪い原因はサーマルヘッドの基材である
ガラスよりも線膨張率が小さいことに起因するするもの
であり、Si3N4をその化学量論量よりもＳｉリッチとす
ることによりその線膨張率を向上させることができるこ
とに着目してなされたもので、化学組成がＳｉ3Ｎ4化学
量論量よりもＳｉ元素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比（原子
比）０．５〜１．１の非晶質窒化ケイ素を主体とする発
熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素にある。かかる窒化ケイ素
は(1)対雰囲気保護性、(2)基体への密着性ならびに(3)耐
摩耗性を備えるので、サーマルヘッドの表面保護膜とし
て有用である。そこで、本発明は発熱体表面保護層とし
て化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論量よりもＳｉ元素を多く
含み、Ｎ／Ｓｉ比０．５〜１．１の非晶質窒化ケイ素を
主体とする保護膜を備えるサーマルヘッドを提供するも
のでもある。なお、本発明の窒化ケイ素保護膜はサーマ
ルヘッド以外の発熱抵抗体の表面保護膜として使用する
ことができる。
耐クラック性の悪い原因はサーマルヘッドの基材である
ガラスよりも線膨張率が小さいことに起因するするもの
であり、Si3N4をその化学量論量よりもＳｉリッチとす
ることによりその線膨張率を向上させることができるこ
とに着目してなされたもので、化学組成がＳｉ3Ｎ4化学
量論量よりもＳｉ元素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比（原子
比）０．５〜１．１の非晶質窒化ケイ素を主体とする発
熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素にある。かかる窒化ケイ素
は(1)対雰囲気保護性、(2)基体への密着性ならびに(3)耐
摩耗性を備えるので、サーマルヘッドの表面保護膜とし
て有用である。そこで、本発明は発熱体表面保護層とし
て化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論量よりもＳｉ元素を多く
含み、Ｎ／Ｓｉ比０．５〜１．１の非晶質窒化ケイ素を
主体とする保護膜を備えるサーマルヘッドを提供するも
のでもある。なお、本発明の窒化ケイ素保護膜はサーマ
ルヘッド以外の発熱抵抗体の表面保護膜として使用する
ことができる。
【０００５】本発明に係る化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論
量よりもＳｉ元素を多く含む非晶質窒化ケイ素とはＮ／
Ｓｉ比が１．３３以下のものであるが、Ｎ／Ｓｉ比が
１．１を越えるのはストレス（圧縮力）が大きくなり、
耐クラック性に問題が生ずる傾向がある。他方、０．５
に満たない場合は上記とは逆のストレス（引っ張り力）
が大きくなることから、耐クラック性の問題が生ずるだ
けでなく、窒化ケイ素系薄膜自体の電気抵抗も問題とな
る。したがって、Ｎ／Ｓｉ比は０．５〜１．１の範囲が
好ましい。この窒化ケイ素保護膜は、通常ターゲットと
してケイ素単体または窒化ケイ素を用い、Ｎ2／Ａｒの
流量比を制御しながらスパッタリングを行うことにより
形成されるが、スパッタリングに代えプラズマ反応や反
応性蒸着によっても行うことができる。
量よりもＳｉ元素を多く含む非晶質窒化ケイ素とはＮ／
Ｓｉ比が１．３３以下のものであるが、Ｎ／Ｓｉ比が
１．１を越えるのはストレス（圧縮力）が大きくなり、
耐クラック性に問題が生ずる傾向がある。他方、０．５
に満たない場合は上記とは逆のストレス（引っ張り力）
が大きくなることから、耐クラック性の問題が生ずるだ
けでなく、窒化ケイ素系薄膜自体の電気抵抗も問題とな
る。したがって、Ｎ／Ｓｉ比は０．５〜１．１の範囲が
好ましい。この窒化ケイ素保護膜は、通常ターゲットと
してケイ素単体または窒化ケイ素を用い、Ｎ2／Ａｒの
流量比を制御しながらスパッタリングを行うことにより
形成されるが、スパッタリングに代えプラズマ反応や反
応性蒸着によっても行うことができる。
【０００６】
【作用効果】本発明に係る窒化ケイ素表面保護膜は化学
量論的窒化ケイ素Ｓｉ3Ｎ4よりもＳｉ元素が多い分だけ
その線膨張率が大きくなり、Ｎ／Ｓｉ比１以下でサーマ
ルヘッドの基材となるガラスおよびアルミナの線膨張率
に極めて近くなる。また、窒化ケイ素薄膜中のＳｉ比率
が大きくなることにより膜ストレス（圧縮力）が軽減さ
れるが、薄膜の硬さはほとんど変化なく、耐摩耗性の劣
化兆候は見られない。したがって、本発明によれば、大
きな耐摩耗性を保持したまま、耐クラック性に優れた発
熱抵抗体表面保護膜が提供でき、耐久性に優れたサーマ
ルヘッドを提供することができる。また、本発明に係る
表面保護膜はスパッタリングにおける雰囲気ガス中の窒
素ガス流量を制御することによって所定の組成比に調製
することができるので、工業的生産性に優れる。
量論的窒化ケイ素Ｓｉ3Ｎ4よりもＳｉ元素が多い分だけ
その線膨張率が大きくなり、Ｎ／Ｓｉ比１以下でサーマ
ルヘッドの基材となるガラスおよびアルミナの線膨張率
に極めて近くなる。また、窒化ケイ素薄膜中のＳｉ比率
が大きくなることにより膜ストレス（圧縮力）が軽減さ
れるが、薄膜の硬さはほとんど変化なく、耐摩耗性の劣
化兆候は見られない。したがって、本発明によれば、大
きな耐摩耗性を保持したまま、耐クラック性に優れた発
熱抵抗体表面保護膜が提供でき、耐久性に優れたサーマ
ルヘッドを提供することができる。また、本発明に係る
表面保護膜はスパッタリングにおける雰囲気ガス中の窒
素ガス流量を制御することによって所定の組成比に調製
することができるので、工業的生産性に優れる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を添付図面に示す具体例に基ず
き、詳細に説明する。クライオポンプの排気系を有する
内壁の直径が３００mm、高さ１５０mmのチャンバーに、
純度が９９．９９９％のケイ素ターゲットを装着し、窒
素を添加したアルゴンを導入し、高周波放電によるスパ
ッタリングを行った。製膜条件は電力４３０Ｗ、ガス圧
力１０mTorr、基盤加熱温度４００℃とし、導入ガスの
窒素とアルゴンとの流量比Ｎ2／Ａｒ（cc/sec）を変え
ることにより、種々の組成比Ｎ／Ｓｉ非晶質窒化ケイ素
薄膜をガラス基板上に形成した。形成された薄膜が非晶
質であることはＸ線回折解析により確認した。
き、詳細に説明する。クライオポンプの排気系を有する
内壁の直径が３００mm、高さ１５０mmのチャンバーに、
純度が９９．９９９％のケイ素ターゲットを装着し、窒
素を添加したアルゴンを導入し、高周波放電によるスパ
ッタリングを行った。製膜条件は電力４３０Ｗ、ガス圧
力１０mTorr、基盤加熱温度４００℃とし、導入ガスの
窒素とアルゴンとの流量比Ｎ2／Ａｒ（cc/sec）を変え
ることにより、種々の組成比Ｎ／Ｓｉ非晶質窒化ケイ素
薄膜をガラス基板上に形成した。形成された薄膜が非晶
質であることはＸ線回折解析により確認した。
【０００８】その薄膜の化学組成をＸ線光電子分析によ
り調べ、添加する窒素ガスのアルゴンに対する流量比
（Ｎ2／Ａｒ）と薄膜組成比（Ｎ／Ｓｉ）との関係を図
１に示した。図に示すように、この製膜条件ではＮ2／
Ａｒ比を大きくしてもＳｉ3Ｎ4の化学量論量組成である
Ｎ／Ｓｉ比１．３３にはならず、およそ１．１のＮ／Ｓ
ｉ比で飽和することがわかった。即ち、製膜時に導入ガ
スの流量比Ｎ2／Ａｒが０．０６以上であれば組成のＮ
／Ｓｉ比が０．５〜１．１の薄膜が得られる。
り調べ、添加する窒素ガスのアルゴンに対する流量比
（Ｎ2／Ａｒ）と薄膜組成比（Ｎ／Ｓｉ）との関係を図
１に示した。図に示すように、この製膜条件ではＮ2／
Ａｒ比を大きくしてもＳｉ3Ｎ4の化学量論量組成である
Ｎ／Ｓｉ比１．３３にはならず、およそ１．１のＮ／Ｓ
ｉ比で飽和することがわかった。即ち、製膜時に導入ガ
スの流量比Ｎ2／Ａｒが０．０６以上であれば組成のＮ
／Ｓｉ比が０．５〜１．１の薄膜が得られる。
【０００９】また、上記と同一条件で、今度は厚さ０．
１５mmのカバーガラス基板上にＮ／Ｓｉ比の異なる窒化
ケイ素薄膜を形成し、基板の曲率を検査すると、図２に
示すようにＮ／Ｓｉ比が小さくなるほど、即ち、薄膜中
のＳｉ比率が大きくなるほど膜ストレス（圧縮力）が軽
減されることがわかる。そこで、Ｎ／Ｓｉ比と形成され
る薄膜硬さとの関係をみると、薄膜の硬さはＳｉ比率が
大きくなってもほとんど変化はなく、耐摩耗性の劣化兆
候は見られなかった。
１５mmのカバーガラス基板上にＮ／Ｓｉ比の異なる窒化
ケイ素薄膜を形成し、基板の曲率を検査すると、図２に
示すようにＮ／Ｓｉ比が小さくなるほど、即ち、薄膜中
のＳｉ比率が大きくなるほど膜ストレス（圧縮力）が軽
減されることがわかる。そこで、Ｎ／Ｓｉ比と形成され
る薄膜硬さとの関係をみると、薄膜の硬さはＳｉ比率が
大きくなってもほとんど変化はなく、耐摩耗性の劣化兆
候は見られなかった。
【００１０】そこで、サーマルヘッドの表面保護膜を製
造するために上記と同一条件下にスパッタリングを行う
にあたり、流量比（Ｎ2／Ａｒ比）０．１４に調節し、
組成比（Ｎ／Ｓｉ比）１前後の保護膜を発熱体部分と導
電体部分の薄膜回路が形成されたグレーズドアルミナ基
板上に形成した。このサーマルヘッド基板の発熱体部分
に直流電圧を加え、Ｉ／Ｖ特性を検査した。その結果、
発熱体が破断に至る電力は保護膜の有無に関わらず同じ
であるが、加熱により保護膜にクラックが生じ、それに
より発熱体を破断させるという現象は認められなかっ
た。すなわち、保護膜の耐クラック性には問題がないこ
とが分かった。
造するために上記と同一条件下にスパッタリングを行う
にあたり、流量比（Ｎ2／Ａｒ比）０．１４に調節し、
組成比（Ｎ／Ｓｉ比）１前後の保護膜を発熱体部分と導
電体部分の薄膜回路が形成されたグレーズドアルミナ基
板上に形成した。このサーマルヘッド基板の発熱体部分
に直流電圧を加え、Ｉ／Ｖ特性を検査した。その結果、
発熱体が破断に至る電力は保護膜の有無に関わらず同じ
であるが、加熱により保護膜にクラックが生じ、それに
より発熱体を破断させるという現象は認められなかっ
た。すなわち、保護膜の耐クラック性には問題がないこ
とが分かった。
【００１１】なお、スパッタリング前に硫酸系メッキ前
処理剤にて導電体部分（Ｃｕ薄膜）の表面を処理する
と、１００nmの凹凸が形成され、本発明の窒化ケイ素薄
膜の密着性が一層向上することも分かった。これは例え
ば銅薄膜の上に保護膜を設けた試料について、これを硫
化水素ガスに晒した場合、保護膜と銅薄膜との密着性が
悪い場合には、その界面に浸透したガスによる銅表面の
腐食が観測されるが、上記薬液で銅表面を処理した場合
はその腐食による変色が全く認められなかった。
処理剤にて導電体部分（Ｃｕ薄膜）の表面を処理する
と、１００nmの凹凸が形成され、本発明の窒化ケイ素薄
膜の密着性が一層向上することも分かった。これは例え
ば銅薄膜の上に保護膜を設けた試料について、これを硫
化水素ガスに晒した場合、保護膜と銅薄膜との密着性が
悪い場合には、その界面に浸透したガスによる銅表面の
腐食が観測されるが、上記薬液で銅表面を処理した場合
はその腐食による変色が全く認められなかった。
【図１】 流量比（Ｎ2／Ａｒ）と薄膜組成（Ｎ／Ｓ
ｉ）との関係の１例を示すグラフである。
ｉ）との関係の１例を示すグラフである。
【図２】 薄膜組成（Ｎ／Ｓｉ）とカバーガラスの曲率
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 化学組成がＳｉ3Ｎ4化学量論量よりもＳ
ｉ元素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比０．５〜１．１の非晶質
窒化ケイ素を主体とする発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ
素。 - 【請求項２】発熱体表面保護層として化学組成がＳｉ3
Ｎ4化学量論量よりもＳｉ元素を多く含み、Ｎ／Ｓｉ比
０．５〜１．１の非晶質窒化ケイ素を主体とする保護膜
を備えることを特徴とするサーマルヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1284992A JPH05201046A (ja) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | 発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素およびその用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1284992A JPH05201046A (ja) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | 発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素およびその用途 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05201046A true JPH05201046A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11816846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1284992A Pending JPH05201046A (ja) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | 発熱抵抗体保護膜用窒化ケイ素およびその用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05201046A (ja) |
-
1992
- 1992-01-28 JP JP1284992A patent/JPH05201046A/ja active Pending
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