JP3320168B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、発熱抵抗体へ
の投入エネルギー密度が高い高精細型サーマルヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマルヘッドは、音が小さく、保守が
容易で、また、ランニングコストが低いなどの特徴があ
り、ファクシミリやワープロ用プリンタなど、各種の記
録装置に使用されている。また、高精細のサーマルヘッ
ド、例えば４００dpi （dots per inch ）程度以上のも
のは、孔判印刷用としても用いられる。

【０００３】ところで、高精細のサーマルヘッドにおい
ては、解像度をより向上させるために、発熱抵抗体の形
状を微細化すること、そして、投入エネルギー密度を増
加することが求められている。このような要求から、投
入エネルギー密度を増加できる構造のサーマルヘッドが
必要とされている。

【０００４】サーマルヘッドの発熱抵抗体を微細化し、
また、これに伴い投入エネルギー密度を増加させると、
発熱抵抗体の中央部における発熱温度のピークが上昇す
る。発熱温度が上昇することによって、発熱抵抗体の抵
抗値が動作時間の経過とともに上昇し、やがて規定の抵
抗値を越えてしまうことがある。特に、発熱抵抗体の温
度が６００℃を越えるような場合は、サーマルヘッドを
構成するグレーズ層と発熱抵抗体との反応が顕著にな
り、発熱抵抗体の抵抗値が劣化する。

【０００５】発熱抵抗体の発熱温度の上昇の原因は、グ
レーズ層から発熱抵抗体へ不純物が拡散することにある
として、グレーズ層と発熱抵抗体との間に、 ＳｉＮｘＯｙ（0.2 ＜ｘ＜1.1 、0.2 ＜ｙ＜1.8 ）……（１） の組成を有する下地層を設け、発熱抵抗体への不純物の
拡散を抑える方法が考えられている（特開昭６１−２９
７１５９号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法で
は、下地層の材料を選ぶ場合、グレーズ層から発熱抵抗
体への不純物の拡散を抑える能力、あるいは、グレーズ
層や発熱抵抗体との付着力などの特性が考慮される。

【０００７】しかし、本発明者らが、下地層や発熱抵抗
体、保護層に対していろいろな材料を用いたサーマルヘ
ッドを試作し、その特性を調べた結果、サーマルヘッド
の耐パワー性は、必ずしも下地層の特性だけでは決まら
ず、発熱抵抗体や保護層に使用される材料との組み合わ
せで相違することが分かった。

【０００８】また、特開昭６１−２９７１５９号公報で
示された組成範囲の下地層を用いた場合、サーマルヘッ
ドを高解像度で動作させ、投入パワー密度が大きくなる
と、グレーズ層と下地層間で剥離が生じ易くなる。

【０００９】これは、グレーズ層と下地層の熱膨脹率に
差があり、動作時に両者の界面に応力が生じる。そし
て、このような熱ストレスが繰り返され剥離に至るもの
と考えられる。このような剥離は、動作時の投入パワー
密度が大きく、また発熱抵抗体の到達温度が高い高精細
サーマルヘッドの場合に顕著になる。

【００１０】また、上記した組成範囲の下地層を用いた
場合、Ｔａ−ＳｉＯ₂ やＮｂ−ＳｉＯ₂ を抵抗膜として
用い、ドライエッチングにより抵抗膜をパターニング
し、抵抗層を構成する際にも不具合が生じる。

【００１１】例えば、抵抗膜と下地膜とのエッチングの
選択比が小さいために、基板の全範囲に渡ってリード間
の抵抗膜をエッチングするような条件では、下地膜の不
要な部分までエッチングされる。下地膜の不要な部分が
エッチングされると、抵抗膜とリード間に段差を生じ、
その後の工程で保護膜を付けるときにステップカバレー
ジが悪化する。また、下地膜の表面がエッチングされる
ことにより、表面に微細な凹凸が生じ、ドライエッチン
グの際にフッ化物が下地膜の表面に残る。この結果、保
護膜を形成した場合に、下地膜と保護膜間にフッ化物が
存在することになり、両者の付着力が低下する。

【００１２】上記したグレーズ層と下地層の剥離、ある
いは、下地膜と保護膜の付着力の低下を解決するため
に、出願人は、下地膜の窒素（Ｎ）の含有率を７原子％
以下とするサーマルヘッドを提案している。この場合、
（１）式でｙ＞１．８、すなわち酸素（Ｏ）の含有率が
６０原子％以上の組成となる。このような組成にするこ
とで以下の２点が改善される。

【００１３】(1) グレーズ層との熱膨脹率の差が小さく
なり、耐熱衝撃性が改善される。

【００１４】Ｓｉ、Ｏ、Ｎ膜の機械的特性や熱膨張率
は、その組成によりＳｉＯ₂ とＳｉ₃ Ｎ₄ のそれぞれの
特性の中間の値を取る。これは、Ｓｉ−Ｏ、またはＳｉ
−Ｎの結合割合で決まるアモルファス構造が、機械的特
性や熱膨張率などの特性を支配するためと考えられる。
Ｏの含有率が大きくなればＳｉ−Ｏの結合割合が増え、
ＳｉＯ₂ 的な特性に近づく。一方、Ｎの含有率が大きく
なればＳｉ−Ｎの結合割合が増え、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 的な特性
に近づく。

【００１５】例えば、ヌープ硬度を例に取ると、図４に
示すようにＮ含有率が１２原子％以上では殆ど一定の値
を示し、Ｎ含有率が１２原子％以下になるとＮ含有率の
低下によってヌープ硬度が低下する。なお、図４で、縦
軸がヌープ硬度（ｋｇ・ｆ／ｍｍ² ）、そして、横軸が
Ｎ含有率（原子％）である。

【００１６】Ｎが１２原子％の場合は、Ｓｉ原子の４本
の結合手の内、概ね１本がＮと結合し、残りの３本がＯ
と結合する場合に相当する。Ｎの割合がこれ以上になる
と、確率的に大部分のＳｉが必ず１個以上のＮと結合す
る。このような組成範囲では、ＳｉＯ₂ 膜と比較して構
造的な自由度が制限され、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜に近い機械的特
性を示すと考えられる。Ｎが１２原子％以下になると、
ＳｉＯ₂ のような構造、即ち頂点のＯ原子を共有して珪
酸４面体が繋がる構造が支配的になる。このため、結合
構造に対する依存性が大きい膜硬度や膜応力などの特性
は、Ｎ含有率が減少するとともにＳｉＯ₂ 膜の特性に近
づく。

【００１７】なお、耐熱衝撃に関係する熱膨脹率につい
ては、薄膜での測定は困難である。しかし、ＳｉＯ
₂ （石英）とＳｉ₃ Ｎ₄ の熱膨脹率の対比から、Ｎ含有
率が減少すると熱膨脹率が増大すると考えられる。ま
た、膜中のＮ含有率とヌープ硬度の関係からも、Ｎ含有
率の減少で熱膨脹率が増大すると考えられる。この場
合、Ｎ含有率が１２原子％前後から減少するにつれて、
熱膨脹率が大きく増大することが予想される。

【００１８】ところで、従来技術（特開昭６１−２９７
１５９号公報）で示された組成の下地膜と出願人が提案
した組成の下地膜とを比較すると、前者で示した下地膜
の熱膨張率はＳｉ₃ Ｎ₄ 膜のそれに近く、後者の下地膜
はＳｉＯ₂ に近いと考えられる。したがって、後者の下
地膜の方が、ＳｉＯ₂ を主成分とするガラスグレーズの
熱膨張率に近く、ヒートサイクルを繰り返すサーマルヘ
ッドの下地層に適している。特に、高精細サーマルヘッ
ドの場合には、発熱抵抗体への投入エネルギー密度が大
きく、下地膜やグレーズ層の到達温度が大きくなるた
め、その効果が大きく、グレーズと下地膜間の剥がれを
抑えることができる。

【００１９】なお、下地膜の電気的、あるいは光学的な
特性は、成膜する装置や条件で変化する膜欠陥や不純物
に影響される。しかし、機械的特性や熱膨張率は、成膜
する装置や条件による影響は小さい。したがって、機械
的特性や熱膨張率は、膜組成によってほぼ決定され、成
膜する装置や条件による影響は小さいと考えられる。 (2) 下地膜の耐ドライエッチング性が改善される。

【００２０】例えば、Ｔａ−ＳｉＯ₂ やＮｂ−ＳｉＯ₂
の抵抗膜をパターニングする際、エッチングガスとして
ＣＦ₄ とＯ₂ が用いられ、ＣＤＥ法で行われる。このと
き、下地膜のエッチンゲレイトはできる限り小さいこと
（エッチングされ難い）が望まれる。エッチンゲレイト
が大きいと、下地膜が不要部分までエッチングされ、不
要な段差が生じたり、また、表面に凹凸が生じ、保護膜
の段差被覆性や付着力が悪化する。

【００２１】Ｓｉ、Ｏ、Ｎ膜のＣＤＥ法に対するエッチ
ングレイトは、膜組成の点から見た場合、Ｏ濃度が大き
い（即ちＮ濃度小さい）ほど小さい。これは、Ｓｉ−Ｎ
結合の方がＳｉ−Ｏ結合よりＦラジカルに侵され易いこ
とによる。また、Ｓｉ₃ Ｎ₄とＳｉＯ₂ のＣＤＥレイト
を比較すると、前者の方が１桁大きいことからも予想さ
れる結果である。

【００２２】ところで、出願人が提案した下地層は、従
来技術（特開昭６１−２９７１５９号公報）で示された
下地層に較べ、Ｏ濃度が大きくＮ濃度は小さい。したが
って、ＣＤＥレイトが小さく、また、保護膜の段差被覆
性や付着力に優れたサーマルヘッドを実現できる。

【００２３】しかし、Ｓｉ、Ｏ、Ｎの下地膜を用い、Ｏ
の含有率が６０原子％以上であるサーマルヘッドに対
し、耐パルス寿命試験を行ったところ、初期の段階から
抵抗値が上昇する傾向が見られ、耐パルス寿命特性が悪
化する。

【００２４】本発明は、上記した欠点を解決し、耐パワ
ー特性、または、耐パルス寿命特性を改善したサーマル
ヘッドを提供することを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、発熱抵抗体
と、この発熱抵抗体の下層にグレーズ層との間に設けら
れた無機の下地層と、前記発熱抵抗体の上層に設けられ
た無機の保護層とを具備するサーマルヘッドにおいて、
前記下地層中の酸素含有率（原子％）および前記保護層
中の酸素含有率（原子％）が、前記発熱抵抗体中の酸素
含有率（原子％）と同等、もしくはそれより低く設定さ
れている。

【００２６】また、表面がグレーズ処理された支持基板
と、この支持基板上に形成された酸素を含む下地層と、
この下地層上に形成された酸素を含む発熱抵抗体と、こ
の発熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の
少なくとも発熱部を被覆し、酸素を含む保護層とを具備
するサーマルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体の酸素の
含有率をＸ原子％とした場合に、前記下地層の酸素の含
有率がＸ原子％以下で前記保護層の酸素の含有率がＸ原
子％以上、あるいは、前記下地層の酸素の含有率がＸ原
子％以上で前記保護層の酸素の含有率がＸ原子％以下に
設定されている。

【００２７】また、前記下地層または前記保護層の少な
くとも一方が、酸素の他に珪素を含んでいる。

【００２８】また、前記下地層または前記保護層の少な
くとも一方が、酸素の他に珪素および窒素を含んでい
る。

【００２９】また、前記下地層の酸素の含有率が６０原
子％以上になっている。

【００３０】

【作用】本発明者らは、サーマルヘッドの動作時に、発
熱抵抗体の抵抗値が上昇する主な原因が、下地層や発熱
抵抗体、保護層を構成する各構成元素の相互間の固相拡
散や拡散後の反応にあると考えた。このような考えか
ら、サーマルヘッドを図５に示すようにモデル化し、そ
して、無機絶縁膜や抵抗膜に対しいろいろな材料を組み
合わせて加熱処理を行い、抵抗膜のシート抵抗変化や組
成変化を調べた。なお、強制加熱の条件としては、８０
０℃、３０分の真空中加熱を用いた。

【００３１】図５でモデル化されたサーマルヘッドで
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ からなる支持基板２１、支持基板２１上
に形成されたグレーズ層２２、そして、無機絶縁膜２
３、抵抗膜２４が順に形成されている。

【００３２】なお、無機絶縁膜２３には、Ｓｉ−Ｏ系、
Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ａｌ−Ｏ−Ｎ系、Ｔａ−Ｏ系などの材
料が、また、抵抗膜２４には、Ｔａ−ＳｉＯ₂ 、Ｎｂ−
ＳｉＯ₂ などの材料が使用された。

【００３３】そして、実験結果によれば、無機絶縁膜２
３中の酸素含有率が、抵抗膜２４中の酸素含有率と実質
的に同等かそれ以下の場合に、加熱処理後の抵抗膜のシ
ート抵抗が上昇していないことが分かった。これに対
し、無機絶縁膜２３中の酸素含有率が抵抗膜２４中の酸
素含有率より大きくなると、加熱処理後の抵抗膜のシー
ト抵抗は、処理前に比較して上昇していた。この場合、
無機絶縁膜２３中の酸素含有率と抵抗膜２４中の酸素含
有率の差が大きくなるほど、上昇の程度が大きいことが
分かった。

【００３４】例えば、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ等からなる無機絶縁
膜２３上に、Ｓｉ、Ｏ、Ｔａを主成分とするサーメット
抵抗膜２４を配した構成の実験結果を図６に示す。図６
では、縦軸が加熱処理前後のシート抵抗の変化（倍）、
横軸が無機絶縁膜２３中の酸素濃度（原子％）である。
なお、図６において、○印（ａ、ｂ）や△印（ｃ、ｄ、
ｅ）、□印（ｆ）は、それぞれ無機絶縁膜２３の成膜装
置が相違している。また、◇印はグレーズ層で、成分が
無機絶縁膜２３とは相違している。

【００３５】ここでは、無機絶縁膜２３中の酸素濃度
は、それぞれの膜をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により
分析し、相対感度法で求めた。

【００３６】また、加熱処理の前後における抵抗膜中の
組成の変化についても、同じくＸＰＳで解析した。その
結果によれば、加熱処理した後にシート抵抗が増加した
ものほど、抵抗膜中の酸素含有率が増加し、また、Ｓ
ｉ、Ｔａ（Ｎｂ）等の被酸化成分の含有率が相対的に低
下していた。

【００３７】上記の実験結果は、サーマルヘッドの下地
層と抵抗膜間、そして、上下が逆になっているものの抵
抗膜と保護層間、それぞれの構成元素の拡散や拡散後の
反応を単純化した評価に相当する。

【００３８】なお、シート抵抗の増加は、(a) 下地層と
抵抗膜間の構成元素の濃度差に応じた固相拡散、(b) 酸
素濃度が増大したことによる抵抗膜中のＳｉ、Ｔａ（Ｎ
ｂ）など被酸化成分の酸化、によって定性的に説明され
る。

【００３９】したがって、サーマルヘッドが動作するこ
とによって生じる抵抗膜の抵抗値の上昇を抑えるために
は、抵抗膜を挟んで位置する下地層や保護層の酸素濃度
を、抵抗膜中の酸素濃度と実質的に同等かそれ以下の値
とすることにより、また、抵抗膜中への拡散による酸素
の侵入を抑えることが必要となる。

【００４０】なお、上記した実験では、各元素の含有率
を評価量として用いている。拡散現象を扱う場合、評価
量として濃度を用いるのが一般的である。しかし、膜中
の各元素の濃度の測定が困難であるため、評価量として
含有率を用いている。

【００４１】また、各元素の含有率と濃度との関係は、
膜の材料組成や密度によって異なる。しかし、上記実験
のように、抵抗膜に接する下地層や保護層が無機膜の場
合は、各膜中の各元素の含有率は、濃度の代替指標と考
えることができる。したがって、実際の解析では濃度の
代わりに含有率を用いている。

【００４２】上記したように、本発明のサーマルヘッド
によれば、下地層中の酸素濃度および保護層中の酸素濃
度を、発熱抵抗体中の酸素濃度と実質的に同等、もしく
はそれより低く設定している。したがって、固相拡散に
よる発熱抵抗体中の酸素濃度の増大を抑えることができ
る。このため、動作時の抵抗値の上昇を抑えることがで
き、耐パワー性の優れたサーマルヘッドを実現できる。

【００４３】次に、変形例について、以下に説明する。
この変形例においては、膜中酸素濃度が抵抗膜に比べて
下地膜中で大きく、保護膜中で大きいか、もしくは逆
に、下地膜中で小さく保護膜中で大きい場合である。

【００４４】例えば、酸素含有率が５５原子％のＴａＳ
ｉＯで発熱抵抗体を、そして、酸素含有率が６２原子％
のＳｉＯＮで下地層を、また、酸素含有率が４８原子％
のＳｉＯＮで保護膜を、それぞれ形成した。この場合、
サーマルヘッドの駆動中に発熱抵抗体に対し下地層から
酸素が拡散侵入し、抵抗値を上昇させるように作用す
る。しかし、発熱抵抗体から保護膜へ拡散侵入する酸素
もあり、これが抵抗値を下降させるように作用する。こ
の結果、両作用が相殺され、抵抗値を安定にする。

【００４５】なお、下地膜と発熱抵抗体との酸素含有率
差と、発熱抵抗体と保護膜との酸素含有率差はほぼ同じ
か、各々の酸素含有率差の差が、せいぜい５原子％以内
の範囲であることが望ましい。両者の酸素含有率差の差
が３原子％よりも大きくなると、発熱抵抗体の酸化還元
のバランスが崩れ、サーマルヘッドの駆動中の抵抗値変
化が大きくなり寿命が短くなる。例えば、酸化作用が勝
る場合は抵抗値が初期から上昇する。一方、還元作用が
勝る場合は、抵抗値は初期から低下する。抵抗値が低下
すると、発熱抵抗体に過剰パワーが印加され破壊の原因
になる。本発明によれば、発熱抵抗体の酸素の含有率を
Ｘ原子％とした場合に、下地層の酸素の含有率がＸ原子
％以下で保護層の酸素の含有率がＸ原子％以上、あるい
は、下地層の酸素の含有率がＸ原子％以上で保護層の酸
素の含有率がＸ原子％以下に設定されている。したがっ
て、発熱抵抗体の酸化還元のバランスがよく、耐パルス
寿命特性を改善できる。

【００４６】

【実施例】本発明の実施例について、図１を参照して説
明する。

【００４７】１は支持体で、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ が用いら
れる。そして、支持体１の上部に、ガラスグレーズ層２
が形成され、支持基板が構成される。なお、ガラスグレ
ーズ層２はＳｉＯ₂ を主成分とし、約６０μの厚さに形
成される。

【００４８】なお、支持体１としてはＡｌ₂ Ｏ₃ に限ら
ず、他の金属あるいは非金属を用いることができる。ま
た、ガラスグレーズ層２にもいろいろな添加材料を含ん
だものから選択できる。

【００４９】また、支持基板の上に、約１μの膜厚で下
地膜３が形成される。下地膜３の形成にはスパッタリン
グ法が用いられ、Ｓｉ−Ｏ系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−
Ａｌ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ−Ｚｒ系、Ｔａ−Ｏ−Ｎ
系など種々の材料が用いられる。

【００５０】それぞれの系の下地膜は、ターゲットの組
成やスパッタガスの酸素添加量を変え、膜中の酸素濃度
を複数の水準に変化させた。その代表的な例として、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ系下地膜を成膜した際の成膜条件を表１に示
す。

【００５１】表１．スパッタリング条件 ターゲット投入パワー密度 ；４．３Ｗ／cm² スパッタリングガス及び流量 ；Ａｒ ２４ ｓｃｃｍ Ｏ₂ ；(a) ２．４ｓｃｃｍ (b) ３．６ｓｃｃｍ (c) ４．８ｓｃｃｍ (d) ７．２ｓｃｃｍ (e) ９．６ｓｃｃｍ (f) １２．０ｓｃｃｍ スパッタリングガス圧力 ；３．０×１０^-1Ｐａ 基板加熱温度 ；２２０℃ 表１の膜組成に付き、それぞれＸＰＳ相対感度法で膜組
成を分析した結果を表２に示す。膜組成の値は、下地層
表面から５０ｎｍステップで５００ｎｍまでのデプスプ
ロファイルをとり、各々の測定点の組成を平均してい
る。

【００５２】 表２ 下地膜組成 ＜条件＞ ＜Ｏ₂ 流量＞ ＜各元素の含有率（原子％）＞ Ｓｉ Ｏ Ｎ Ｃ (a) ２．４ｓｃｃｍ ３７ ３５ ２７ １ (b) ３．６ｓｃｃｍ ３６ ４２ ２１ １ (c) ４．８ｓｃｃｍ ３５ ４９ １５ １ (d) ７．２ｓｃｃｍ ３４ ５５ １０ １ (e) ９．６ｓｃｃｍ ３３ ５９ ７ １ (f) １２．０ｓｃｃｍ ３３ ６４ ２ １ また、下地膜３の上に、スパッタリング法で抵抗膜を形
成した。抵抗膜には、Ｎｂ−ＳｉＯ₂ 系、または、Ｔａ
−ＳｉＯ₂ 系の材料を用い、それぞれの抵抗膜の膜組成
に関しては、下地膜３の場合と同様に、ＸＰＳで分析し
た。

【００５３】抵抗膜の組成は、ターゲットの組成やスパ
ッタリングの条件で異なるが、代表例を表３に示す。

【００５４】 表３ 抵抗膜組成 ＜抵抗膜種＞ ＜各元素の含有率（原子％）＞ Ｔａ Ｎｂ Ｓｉ Ｏ Ｃ Ｔａ−ＳｉＯ₂ ２８ − １７ ５４ １ Ｎｂ−ＳｉＯ₂ − ２７ １８ ５４ １ 抵抗膜を成膜した後、Ａｌリード電極膜やＡｌ共通電極
膜を、それぞれスパッタリング、そして真空蒸着で成膜
した。

【００５５】Ａｌリード電極膜やＡｌ共通電極膜を成膜
後、ＰＥＰ工程を通して発熱抵抗体４、個別電極５、及
び共通電極６を形成した。

【００５６】なお、Ａｌ電極膜のエッチングには燐酸、
酢酸、硝酸からなる混酸を用いた。また、Ｔａ−ＳｉＯ
₂ やＮｂ−ＳｉＯ₂ 抵抗膜のエッチングにはＣＤＥ法を
用いた。また、ＣＤＥの際の導入ガスとしてＣＦ₄ とＯ
₂ を用いている。

【００５７】発熱抵抗体や電極の材料には、他の材料を
用いることができ、また、成膜方法やパターニング方法
もいろいろなプロセス技術を用いることができる。

【００５８】次に、Ａｌ電極の大部分と前記発熱抵抗
体、少なくとも発熱部を被覆するように、保護膜７を形
成した。

【００５９】保護膜７は、下地膜３と同様に、Ｓｉ−Ｏ
系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ−Ｚｒ系、Ｔａ−Ｏ−Ｎ系などの種々の材料を用
い、スパッタリング法によって、３μの膜厚に形成し
た。また、下地膜３と同様に、各々の系の保護膜７に対
し、ターゲットの組成やスパッタガスの酸素添加量を変
え、膜中の酸素濃度を複数に変化させた。

【００６０】上記した構成のサーマルヘッドを、実装工
程で製品に組み立て、耐パワー性能の試験を行った。そ
の結果、下地層や保護層中の酸素含有率が、抵抗膜中の
酸素含有率と実質的に同レベルか、それ以下の場合に、
優れた耐パワー特性を示すことが確認された。

【００６１】本発明の他の実施例について説明する。Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ からなる支持基体上に、ＳｉＯ₂ を主成分とす
る厚さ約６０μのガラスグレーズ層を形成した。なお、
支持基体には、Ａｌ₂ Ｏ₃ に限らず、種々の金属や非金
属の基板を用いることができる。また、ガラスグレーズ
層も種々の添加材料を含んだものから選択することがで
きる。

【００６２】そして、グレーズ層上に、スパッタリング
法を用い、Ｓｉ、Ｏ、Ｎを主成分とする下地層を形成し
た。下地層の形成条件は、ターゲット投入パワー密度が
４．３Ｗ／cm² 、スパッタリングガス及び流量はＡｒ２
４．０sccm・Ｏ₂ １１．０sccm、スパッタリングガス圧
力は３．０×１０^-1Ｐａ、基板加熱温度は２２０℃で、
そして厚さは１μｍとした。なお、ターゲットは、Ｓｉ
₃ Ｎ₄ とＳｉＯ₂ の粉末を１：１のmol 比で混合し、ホ
ットプレスで固めた後、焼結したものを使用した。

【００６３】上記の条件で形成した下地層の組成を、Ｘ
線光電子分光法にて組成分析を行った。その結果、Ｏ：
６２原子％、Ｓｉ：３３原子％、Ｎ：４原子％、Ｃ：１
原子％であった。これら組成値は、下地層表面から１０
nm間隔でＡｒエッチングによるデプスプロファイルをと
り、各々の組成を平均して求めた。

【００６４】この下地膜上に、ＴａＳｉＯからなる発熱
抵抗体をスパッタリング法により形成した。このとき用
いられたターゲットは、ＴａとＳｉＯ₂ の粉末を４７：
５３のmol 比で混合し、ホットプレスで固めた後、焼結
したものである。

【００６５】下地層と同様に発熱抵抗体の組成を分析し
たところ、Ｏ：５５原子％、Ｓｉ：１６原子％、Ｔａ：
２６原子％、Ｃ：１原子％であった。

【００６６】更に、Ａｌの電極を設け、ＰＥＰプロセス
によりパターニングを行った。次に、下地層と同様の方
法で、ＳｉＯＮスパッタ膜の保護層を３μｍの厚さに形
成した。なお、酸素の流量は１１．０、７．５、４．
５、３．６sccmの４水準とした。それぞれの酸素含有率
は、６２、５７、４８、４３原子％となった。図２に
は、下地層Ａ、抵抗体Ｂ、保護層Ｃそれぞれの酸素含有
率の関係を模式的に示している。

【００６７】その後、これらの試料を実装工程に移し、
抵抗体形状が３５×６０μｍで、解像度が４００ｄｐｉ
のサーマルヘッドを完成した。

【００６８】これらのサーマルヘッドを、パワー０．２
８Ｗ／dot 、パルス幅０．５ms、パルス周期３．０msの
駆動条件で連続的にパルスを印加し、耐パルス寿命試験
を行った。その結果を図３に示す。図３の縦軸は抵抗変
化率（％）、横軸はパルスの印加数である。

【００６９】本発明により作成されたサーマルヘッドの
うち、ａ（酸素含有率４８原子％）、ｂ（酸素含有率５
５原子％）、ｃ（酸素含有率４３原子％）は、いずれも
１０⁸ 回パルス印加に至るまで、抵抗値の変化率は±８
％以内と安定していた。特に、下地層と発熱抵抗体の間
の酸素含有率の差、そして、発熱抵抗体と保護層の間の
酸素含有率の差が、いずれも７原子％と同一に作成され
た（ａ）では、抵抗値変化率は±２％以下と極めて安定
していた。また、発熱抵抗体と保護層の間に酸素含有率
に差が認められない（ｂ）においては、抵抗値は初期か
ら上昇を示している。これは、下地層の酸素が発熱抵抗
体中に徐々に拡散侵入し、発熱抵抗体の酸化を促進する
ためと考えられる。下地層と発熱抵抗体の間の酸素含有
率の差より、発熱抵抗体と保護層の間の酸素含有率の差
の方が大きい（ｃ）においては、抵抗値は初期から下降
を示した。これは、下地層の酸素が発熱抵抗体中に移行
する分より、発熱抵抗体中の酸素が保護層側へ移行する
分が多く、総合的には発熱抵抗体が還元作用を受けるた
めと考えられる。

【００７０】（ｄ）は本発明の組成範囲外の値で作成さ
れたもので、発熱抵抗体より下地層の方が酸素含有率が
多く、また、保護層の酸素含有率も発熱抵抗体よりも多
くしてある。この場合、抵抗値は初期から大きく上昇
し、１×１０⁶ 回パルスの時点で抵抗値変化率が＋１０
％に達した。これは、下地層や保護層の両者から発熱抵
抗体中に酸素が拡散侵入し、発熱抵抗体中の酸化が急激
に進んだものと推測される。

【００７１】特に、下地層をＳｉＯＮで形成する場合、
駆動時の発熱抵抗体温度が特に高くなる高解像度サーマ
ルヘッドでは、下地層の酸素含有率が６０原子％以下で
あると、グレーズ層と下地層間の剥離が起き易くなり、
一方、６０原子％以上であると駆動時の抵抗値変化が正
方向に大きくなるという問題があった。しかし、この問
題は本発明によって解決された。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、抵抗値の上昇を抑制す
ることができ、また、安定した寿命特性を持つサーマル
ヘッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるサーマルヘッドの要部を
示す部分分解斜視図である。

【図２】本発明を説明する図で、サーマルヘッドの下地
層、抵抗体、保護層間の酸素含有率の関係を示す模式図
である。

【図３】本発明を説明する図で、耐パルス寿命試験結果
を示す図である。

【図４】サーマルヘッドのヌーブ硬度を説明する図であ
る。

【図５】サーマルヘッドのサンプルを示す断面模式図で
ある。

【図６】サーマルヘッドについて、下地層中の酸素含有
率と加熱処理前後の抵抗膜のシート抵抗の変化との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１…支持体 ２…ガラスグレーズ層 ３…下地層 ４…発熱抵抗体 ５…個別電極 ６…共通電極 ７…保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−249660（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−222976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/335

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の下層に
   グレーズ層との間に設けられた下地層と、前記発熱抵抗
   体の上層に設けられた保護層とを具備するサーマルヘッ
   ドにおいて、前記下地層中の酸素含有率（原子％）およ
   び前記保護層中の酸素含有率（原子％）が、前記発熱抵
   抗体中の酸素含有率（原子％）と同等、もしくはそれよ
   り低いことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】 表面がグレーズ処理された支持基板と、
   この支持基板上に形成された酸素を含む下地層と、この
   下地層上に形成された酸素を含む発熱抵抗体と、この発
   熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の少な
   くとも発熱部を被覆し、酸素を含む保護層とを具備する
   サーマルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体の酸素の含有
   率をＸ原子％とした場合に、前記下地層の酸素の含有率
   がＸ原子％以下で前記保護層の酸素の含有率がＸ原子％
   以上、あるいは、前記下地層の酸素の含有率がＸ原子％
   以上で前記保護層の酸素の含有率がＸ原子％以下である
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
3. 【請求項３】 前記下地層または前記保護層の少なくと
   も一方が、酸素の他に珪素を含んでいることを特徴とす
   る請求項２記載のサーマルヘッド。
4. 【請求項４】 前記下地層または前記保護層の少なくと
   も一方が、酸素の他に珪素および窒素を含んでいること
   を特徴とする請求項２記載のサーマルヘッド。
5. 【請求項５】 前記下地層の酸素の含有率が６０原子％
   以上であることを特徴とする請求項４記載のサーマルヘ
   ッド。