JPS6135973A - 感熱ヘツド - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はファクシミリ用感熱ヘッドに係シ、特に発熱抵
抗体の保護層と導体間の層間絶縁膜を共用化することに
よシ、高信頼化、コスト低減を図ることのできる感熱ヘ
ッドに関する。

〔発明の背景〕

一般的なファクシミリ用感熱ヘッドは第４図。

第５図に示す如き構成を有している。図においてグレー
ズ１付セラミツクス基板１の上には、タンタル系及びニ
クロム系の発熱抵抗体２が形成されておシ、この発熱抵
抗体２の上にクロム−アルミニウムなどの第１層導体３
が所定の形状に形成されている。また、発熱抵抗体層２
を完全に被覆するように保護層４が形成されている。こ
の保護層４は発熱抵抗体２の酸化防止と耐摩耗性を向上
させるためのもので、二酸化ケイ素（８ｉ０ｓ）ｓと酸
化タンタル（Ｔ”＊０ｓ）ｓの２層膜で構成されている
。また第１層導体３の上にポリイミド樹脂よシなる層間
絶縁膜７が形成されており、これをホトエツチングして
スルホール８が設けられている。この層間絶縁膜７の上
とスルホール８上にクロム−銅−全積層膜で形成される
第２層導体９が形成されている。このように感熱ヘッド
が形成されている。

このような構造を有する感熱ヘッドの場合、保護層４で
ある８　ｉ　０ｘ　　：　３　＃ｍ／　Ｔａ５ｋｓ　：
　４μｍ２層膜を形成するのに長時間を必要とする。

また、層間絶縁膜７にポリイミド樹脂（例えば、ポリイ
ミド・イソインドロキナゾリン・ジオン）を用いている
ととかう、製造工程の熱履歴にょシ第１層導体３である
。クロム−アルミニウム、特にアルミニウムの結晶粒の
成長によるヒゲが発生し、そのヒゲが成長していき、眉
間絶縁膜７を破シ、第２層導体９と短絡し、不良が発生
するという欠点を有している。

また、一般にサーマルヘッドの記録効率、ヘッド寿命を
向上させるためには、保護層４が熱伝導性、耐熱性、耐
摩耗性に優れていることが有利であり、この保護層４の
膜厚も薄くすれば熱伝導率が鼠くなるので有利である。

そこで、特にサーマルヘッドの記録効率、ヘッド寿命を
向上するため、例えば特開昭５８−２０３０６８号があ
る。このサーマルヘッドの断面図が第６図に示されてい
る。この特開昭５８−２０３０６８号は第２図図示保護
層４と層間絶縁膜７を窒化シリコン８１ｓＮ４で併用し
た保護層兼層間絶縁膜１０を有する構造のサーマルヘッ
ドを開発したものでおる。この窒化シリコン８１ｓＮａ
は熱伝導率が０．０４ｍ１ｃｍ・８・Ｃと二酸化ケイ素
８ｉ０ｓ（α００３３ａＩｔ／ｃＩＩＩ−８−Ｃ）に比
較して大きいことから、記録効率の向上は望まれる。ま
た、窒化シリコン５ｉｓＮ４の硬度は２０００〜３００
０Ｋｇ　／ｗｉ、”でｓｂ、酸化タンクｙＴａｚＯｓ（
５００〜１０００Ｋｐ／ｓｇｉ”　）　Ｋ比較して高イ
コとからヘッド寿命の向上は望まれる。

しかし、特開昭５８−２０３０６８号によシヘッドを製
造した場合、第１層導体３を形成した後、この第１層導
体３の上に全面にプラズマ気相成長法によシ、保護層兼
層間絶縁膜でおる５ｉｘＮａ１０を形成する。その後、
コンタクトスルホール８を形成した段階で、第７図、第
８図に示すように保護層兼層間絶縁膜８ｉ３Ｎ４１０に
クラック１１が発生するという問題がおることがわかっ
た。

このクラック発生の原因は保護層兼層間絶縁膜５ｉ３Ｎ
４１０の膜応力が影響している。この窒化ケイ素８ｉ８
Ｎ４１０の応力は圧縮応力で、３５０ｇ／ｓ１（膜厚４
．０μｍ）で、二酸化ケイ素Ｓｌｏｎ（１２０ｇ／ｍ）
及び酸化夕／夕ｋ　Ｔ　８２０ｓ（３０ｇ／■）に比較
して非常に大きい。したがって、スルホール８を形成し
たときに応力が緩和され、クラック１１が発生するもの
である。この窒化ケイ素ＳムｓＮａを保護層兼層間絶縁
膜として用いるならば、この問題を解決する必要がある
。

また、窒化ケイ素５ＩＳＮ４をエツチングし、コンタク
トスルホールＢを形成する方法としては、窒化ケイ素５
ｉｓＮ＜はウェットエツチングができないことから反応
ガスとしてＣＦ４　とＯ！の混合ガスによるドライエツ
チング法を採用せざるをえない。ドライエツチングした
場合のコンタクトスルホール８のサイドエッチ部（段差
部）は第６図に示す如く垂直になるため、その上に形成
される第２層導体９が第９図に示すように段差部（Ａ）
で段切れを起こし、接続不良を起すという問題がある。

また、第６図に示す如く保護層兼層間絶縁膜１０が８ｔ
ｓＮ＊の単層膜でおることから、ピンホールが多く、ピ
ンホールによって短絡してしまうため、薄くすることが
できないという点がある。

さらに、印字の際には、発熱抵抗体２上に形成される保
護層兼層間絶縁膜でめる５ｉｓＮｉｌＧには繰返しの熱
衝撃がかかるとともに、印字紙の送ルによる衝撃により
、クラックやはく離が生じやすい。これは前に述べたよ
うに膜応力が大きいことが最大の原因である。これを防
止するためには、８ｉａＮ４保饅層兼層間絶縁膜１０の
膜厚を薄くすれば解決できるが、その場合には先に述べ
たピンホール及び耐圧の点から保護層兼層間絶縁膜とし
て８ｉｓＮ４を用いることができないという欠点がある
。

〔発明の目的〕

本発明は、印字効率が高く、印字上信頼性が高い品質の
良い感熱ヘッドを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の概要は次の如くである。

従来の感熱ヘッドは第５図に示すように保護層４に二酸
化ケイ素５１０２と５と酸化タンタル’ｒａｚｏｓ　６
の２層膜（８ｉ　０２／　Ｔａ＊Ｏｓ　）　、層間絶縁
膜７にポリイミド樹脂（例えば、ポリイミド・イソイン
ドロキナゾリン・ジオン）を用いた構造になっている。

この構造の場合、二酸化ケイ素ＳｌＯ鵞５および酸化タ
ンタルＴａｚＯｉ６の形成に長時間を費やすことから、
コスト高になる。

また、層間絶縁膜７に有機絶縁膜のポリイミド樹脂を用
いていることから、ヘッド製造工程における熱履歴によ
シ第１層導体３に用いているアルミニウムの結晶粒の成
長によるヒゲが発生し、層間絶縁膜７を破υ、第２層導
体９に短絡する不良が発生するという問題が生じた。

そこで、本発明者らは、これらの問題を解決するためは
眉間絶縁膜７に用いている有機絶縁膜を無機絶縁膜に変
更することにより、第１層導体３であるアルミニウムの
ヒゲの発生を防止できることを確認した。その際の無機
絶縁膜は保護層４に用いている二酸化ケイ素８１０ａを
併用すればよいことに注目した。さらに、保護層４の一
部に用いている酸化タンタルＴａ２０５に代わる耐摩耗
膜を探索した結果、窒化ケイ素Ｓ　ｉ　ｓ　Ｎｍがよい
ことがわかυ、その形成方法として、プラズマＣＶＤ法
を採用すれば形成時間が短縮（８ｉ３Ｎ４生成速度２μ
ｍ　／　ｎ　）されることがわかった。

しかし、感熱ヘッドの熱効率の点から第６図に示す如き
窒化ケイ素８１３Ｎ４を保護膜兼層間絶縁膜１０に併用
した構造の感熱ヘッド（特開昭５８−２０３０６８号）
はすでに開発されていることがわかった。窒化ケイ素８
１ｓＮａは耐摩耗性の点からでは、膜厚は１．０〜１．
５μｍ程度あれば十分であるが、特開昭５８−２０３０
６８号の場合は窒化シリコン８ｉ１Ｎ４の単層膜を層間
絶縁膜７にも用いることから、４μｍ必要としている。

このように窒化ケイ素８１ｓＮ４が４μｍと厚い場合は
、膜応力が大きいことから、第７図、第８図に示す如く
クラック１１が発生する。また、第１層導体３と第２層
導体９との接続をとるために、窒化ケイ素８ｉｓＮ４に
スルホール８を形成した場合、スルホール８のサイドエ
ッチ部が垂直になることから、このスルホール８に乗シ
上げる第２層導体９がスルホール８０段差部Ａで段切れ
を起こし、接続不良が生ずるなどの問題がある。

そこで、本発明は、保護層としては二酸化ケイ素Ｓム０
！と窒化ケイ素８ｉ８Ｎ４の２層膜にすることに着目し
、そのどちらかの１層膜を層間絶縁膜に用い、かつ層間
絶縁膜に用いない保護膜をマスクスパッタリング法（Ｓ
ｉＯ２）、マスクプラズマＣＶＤ法（Ｓｉ３Ｎ４）で形
成するものでおる。

８ｉ１Ｎ４の形成にマスクプラズマＣＶＤ法を採用する
ことによシ、応力が緩和され、クラックが防止できる利
点がおる。

また、層間絶縁膜に用いた８１８Ｎ４あるいは８１０ｓ
のスルホールのサイドエッチ部が垂直になるという問題
は、８１ｓＮ４あるいは８１０＊エツチング後さらに、
この上にレペ２リング効果のあるポリイミド樹脂をコー
ティングし、かつ先にエツチングしたスルホール径（８
ｉｏｚ　＋　８１３Ｎ４）よシ小さいスルネール径でポ
リイミド樹脂をエツチングすることＫよシ、スルホール
の段差部をテーパ形状にすることができ、この上に形成
される第２層導体の段切れの問題を解決した。また、層
間絶縁膜が２層膜であることから、ピンホールが完全に
なくなる利点がある。

このように本発明は、感熱ヘッドの保護膜を２層膜（Ｓ
１０り／８ｉｓＮ４）にし、そのいずれかの１層膜を眉
間絶縁膜に併用し、かつその上に有機絶縁膜（ポリイミ
ド樹脂）を積層し、層間絶縁膜として２層膜（ＳｉＱ＊
／ポリイミド、５ｉｓＮｎ／ポリイミド）を用いること
によシ印字効率を高く、印字上信頼性を高くして品質を
良くしようというものである。

この構造を採用することによシ、第１層導体のヒゲの成
長による短絡防止、第１層導体と第２層導体間の接続不
良平圧、高信頼化及び低コスト化を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。

図において、絶縁性基板であるグレーズ層付アルミナ基
板１００の上にＣｒ−Ｓｉ合金の０．１μｍの発熱抵抗
体１１０及びＡｔのオイ層導体１２０を所定のパターン
に形成する。ついで、この上に二酸化ケイ素（８ｉ０＊
）Ｋよって構成される保護膜兼層間絶縁膜１４Ｇを全面
に形成する。

この形成方法としては、従来から用いられるスパッタリ
ング法、あるいはプラズマＣＶＤ法でよく、その膜厚は
３μｍ前後がよい。その後、発熱抵抗体１１０上のみに
、マスクプラズマＣＶＤ法により窒化ケイ素８４ｓＮ４
膜１５０を形成する。この形成方法としてはマスクプラ
ズマＣＶＤ法を用いることから、窒化ケイ素５ｆ３Ｎ４
の応力が緩和されることからクラック発生はなくなる膜
厚としては、本実施例の場合は層間絶縁膜として用いな
いことから、１．５〜２０μｍあれば、耐摩耗性の点で
十分であυ、この点からも応力が小さくなる利点がある
。保護膜兼層間絶縁膜として、まず第１層導体１２０の
上に二酸化ケイ素（ＳｉＣｈ）１４０を形成するととＫ
よシ、後工程の熱履歴によ構成長するアルミニウムのヒ
ゲの発生を防止し短絡不良をなくすることができる。次
に保護膜兼層間絶縁膜である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）
１４０にコンタクトスルホール１６０を形成する。この
コンタクトスルホール１６０を形成するための二酸化ケ
イ素（Ｓｉｇｈ）１４０のエツチング法としては、ＨＦ
−ＮＨ４Ｆ系エツチング液を用いたらウェットエツチン
グが効果的である。エツチング後の８１０ｚスルホール
１６０の端部は垂直になっている。そこで、次にその上
をポリイミド樹脂膜１７０によって被覆する。次に、８
１０ｓのコンタクトスルホール１６Ｇと同じ位置に、５
ｉｎｓコンタクトスルホール１６０径よシ小さく、かつ
コンタクト抵抗が大きくなら危い範囲のスルホール径で
ポリイミド樹脂膜１７０をエツチングする。ポリイミド
樹脂膜１７０のエツチング方法としては、ヒドラジン−
エチレンジアミン系エツチング液によるウェットエツチ
ングが効果的である。このポリイミド樹脂膜１７０にウ
ェットエツチングによってコンタクトスルホール１８０
を形成した後、第２層導体１９０を形成する。以上の工
程によシ、本実施例のサーマル感熱ヘッドの多層配線工
程が完了する。第２図には、第１図図示実施例のプロセ
スで作成された感熱ヘッドのコンタクトスルホール部の
断面形状が示されている。これから明らかのように、第
６図に示される如１ｓｔｏｘスルホール端部の垂直は、
この上をポリイミド樹脂膜１７Ｇによって被覆すること
により防止され、かつポリイミド樹脂膜１７０のスＡ／
　ホー　ｙ　Ｉ　Ｂ　□の端部はテーパ形状にエツチン
グされるため、第２層導体１９０が乗シ上げるのに有利
である。

したがって、本実施例によれば、コンタクトスルホール
部を二重スルホール構造にしているため、第２層導体１
９００段切れは完全に防止できる。

第３図には、本発明の他の実施例に係るファクシミリ用
サーマルヘッドが示されている。この感熱ヘッドも保護
膜と層間絶縁膜を共用化した感熱ヘッドであシ、第１図
図示実施例と同じ効果をもたらす。いま、第３図に基づ
きプロセスに従って本実施例の特徴及び効果について説
明する。

まず、グレーズ層付アルミナ基板１００の上にＣｒ−８
Ｉ合金の０．１．ｃｇｍの発熱抵抗体１１０及び０ｒ−
Ａｔの第１層導体３を所定のパターンに形成する。つい
で、発熱抵抗体１１０のみに保護膜である８１ｓ膜１４
０を形成する。この形成方法としては、マスクスパッタ
リング法あるいはマスクプラズマＣＶＤ法でよく、その
膜厚は３μｍあればよい。次に、全面に保護膜でかつ層
間絶縁膜を共用する５ｓＮａ膜１５０を形成する。

この形成方法としては、スパッタリング法及びプラズマ
ＣＶＤ法があるが、第１図図示実施例で述べたように形
成速度の大きいプラズマＣＶＤ法が最適である。層間絶
縁膜に無機物の５ｌＩＮ４を採用することＫよシ、第１
層導体１２０であるアルミニウムのヒゲの成長を防止す
ることができる。

この時の膜厚は１．５〜２０μｍｌれば十分である。

ついで、５ｌＢＮ４をエツチングし、コンタクトスルホ
ール１６０を形成する。５ｉｓＮ４のエツチングはウェ
ットエツチング法は困難なことがら反応ガスとしてＣＦ
４　、ＣＨＦ５及びＣ２Ｆ６などのフッ化炭素ガスに０
３及びＨｌなどのガスを混合したものを用いるドライエ
ツチング法が最適である。この場合の５ｉｓＮａのドラ
イエツチング速度としては０．１〜０．２　ｐ　ｍ　／
―である。８１８Ｎ４の膜厚が薄いことから、応力が小
さいた込、エツチング後のクラックの発生はない。エツ
チング速度としては０．１〜０．２μｍ／―である。ド
ライエツチング法でスルホールを形成した場合、一般に
スルホールの端部は第９図に示すものと同じように垂直
になシ、この上に形成される第２層導体１９０はスルホ
ール端部で段切れを生ずる。そこで、次に８１ｓＮ＋の
上にポリイミド樹脂膜１７０を形成し、Ｓ　ｌ５Ｎ４の
スルホール１６０の径よシ小さいスルホールでコンタク
トスルホール１ｓｏｔ−形成する。このポリイミド樹脂
膜１７０のエツチング液としては、第１図図示実施例と
同じものを用いればよい。これＫよシ、コンタクトスル
ホール１８０の端部は、第２図に示されるようなものと
同じ形状が得られる。この上に、第２層導体１９０を形
成する。以上の工程によシ、実施例の感熱ヘッドの工程
が完了する。

この感熱ヘッドは、保睦膜８　ｉ　０ｘ　／　Ｓ　Ｌ＊
Ｎａ２層膜、層間絶縁膜８ｉｓＮ４／ＰＩＱ２層膜であ
り、８ｉｓＮａを保護膜と眉間絶縁膜に併用したもので
ある。この構造の感熱ヘッドも第１図図示実施例と同じ
効果をもたらす。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、印字効率を高く
シ、印字上信頼性を高くシ、品質を良くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例となるサーマルヘッドの
断面図、第２図は本発明の第１の実施例のスルホールテ
ーパ部の拡大断面図、第３図は本発明の第２の実施例と
なるサーマルヘッドの断面図、第４図は従来例のサーマ
ルヘッドの平面図、第５図は従来例のサーマルヘッドの
断面図、第６図は従来例の他のサーマルヘッドの断面図
、第７図は従来例のクラック発生時のサーマルヘッドの
平面図、第８図は第７図図示従来例のクラック発生時の
サーマルヘッドのＢ−Ｂ’断面図、第９図は従来例のス
ルホールテーパ部の拡大断面図である。 １・・・グレーズ層付セラミックス基板、２・・・発熱
抵抗体、３・・・第１層導体、４・・・保護層、５・・
・二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ’ｏｚ　）、６・・・五酸化タ
ンタル（Ｔａｘｅｓ　Ｌ、７・・・ポリイミド樹脂、８
・・・スルホール部、９・・・第２層導体、１０・・・
窒化ケイ素（８１ｓＮ４）、１１・・・クラック、１１
０・・・アルミナ基板、１１０・・・発熱抵抗体、１２
０・・・第１層導体、１４０・・・５ｉｎｓ膜、１５０
・・・８１ｓＮ４膜、１６０．１８０・・・コンタクト
スルホール、１７０・・・ポリイミド樹脂、１９０・・
・第２層導体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にグレーズ層を形成し、該グレーズ層上に発
   熱抵抗体層を形成し、該発熱抵抗体層に接し、互いに所
   定間隙をもつて対向するリード層対を有し、上記発熱抵
   抗体層上に保護層を形成してなる感熱ヘッドにおいて、
   上記保護層を２層以上の積層膜で、かつその積層膜のい
   ずれからの１層膜を第１層導体と第２層導体との層間絶
   縁膜に共用してなることを特徴とする感熱ヘッド。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記積
   層膜が酸化物及び窒化物であることを特徴とする感熱ヘ
   ッド。 ３、特許請求の範囲第２項記載の発明において、上記積
   層膜である酸化物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ＿２）、窒
   化物が窒化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）であることを特
   徴とする感熱ヘッド。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項
   記載の発明において、上記層間絶縁膜は２層膜であるこ
   とを特徴とする感熱ヘッド。 ５、特許請求の範囲第４項記載の発明において、上記層
   間絶縁膜の２層膜は、無機酸化物と有機物であることを
   特徴とする感熱ヘッド。 ６、特許請求の範囲第５項記載の発明において、上記層
   間絶縁膜の無機酸化物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ＿２）
   あるいは窒化ケイ素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）と有機物がポリ
   イミド樹脂であることを特徴とする感熱ヘッド。