JPH02112958A

JPH02112958A - 薄膜型サーマルヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH02112958A
Application number: JP26636988A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Korechika; 哲広是近; Keizaburo Kuramasu; 敬三郎倉増; Seiichiro Sakaguchi; 誠一郎坂口; Takashi Hirao; 孝平尾; Masatoshi Kitagawa; 雅俊北川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-25

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、感熱記録に用い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
の発熱抵抗体列と、これに電力を供給する導体層を設け
、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、次の事柄が挙げられる。

（１）耐摩耗性が良好なこと。（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
と耐摩耗保護膜の反応が関与）のいずれも小さいこと）（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）発熱抵抗体、導体層等、耐摩耗保護膜の下に形成
された膜の電解腐食が生じないこと。（紙等の吸湿下で
の駆動時に生じ段差被覆性が良好なこと、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）発熱抵抗体、導体層、基板等の下地との密着性が
良好なこと。

＠）耐静宣気性が良好なこと。（特に乾燥下、Ｐ！転写
方式の様に、転写紙であるＰＥＴ（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
要であシ、こうした問題に対しては、プラズマＣＶＤ　
（ケミカルヴ工−パデポジション）法が効果がある。な
ぜなら、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（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に
くく、また、緻密かつ段差被覆性に優れているため、下
層膜の電界腐食が生じにくく、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、通常、半導体ＩＣ等で、ＳｉＨ４，Ｎ２ガス、Ｓ
ｉＨ４，ＮＨ３ガス、ＳｉＨ４゜Ｎ２．ＮＨ，ガス等を
原料ガスとして用いた５ｉＮ（シリコンナイトライド）
膜が、−船釣に用いられている。それは、ＳｉＮ膜のア
ルカリイオン阻止能が大きく、また吸湿性が低いためで
ある。

方、ＳｉＮ膜の応力は、極めて大きく、通常厚く堆積し
たり、熱が加わると、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、クラックが生じ易く、使用に供せない。このため、
例えば、特開昭６２−１４５７３５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５ｉＯＮ膜と記
す）形成するものがあり、この時原料ガスとして、Ｓ　
ｉ　Ｈ４゜Ｎ、、Ｏ，Ｎ２　を用い、プラズマＣＶＤ法
により成膜した膜は、有用である。

５ｉＯＮ膜の原料ガスとしては、この他に、５ＩＨ４ｒ
　ＮＨ５ｐ　Ｎ２０（”５ＩＨ４、ＮＨ５、Ｎ２　。

Ｎ２０等が報告されており、これらは、いずれも成膜の
低電力化を主体として考えられているが、サーマルヘッ
ドの様に、短時間でパルス加熱を必要とする場合、その
表面温度は、最高で５００℃程度まで上昇する。この際
、原料ガス中に水素含有量が多く、これが膜中に、５ｉ
−Ｈ，５ｉ−Ｈ２゜０−Ｈ，Ｎ−Ｈ２等の形で、比較的
結合エネルギーの低い生成物として、多量に残っている
。これらの形で存在する水素は、５００℃程度の加熱に
よっても比較的簡単にＨ２，Ｈ２０等の形で、膜の外へ
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。この点、ＳｉＨ４・Ｎ２０・Ｎ２を原料ガ
スとして用いた場合には、元々の原料ガスにおける水素
含有量が少ないことおよび、Ｎ２０ガスの解離エネルギ
ーが０．８４６ｅｖと小さく、Ｎ２０→Ｎ２＋ｏの分解
で生じるＯによって水素が引き抜かれるため、膜中に存
在する水素が少なくなる。従って、耐熱性が向上する。

しかしながら、この原料ガス系で成膜した場合にも、Ｓ
ニーＨ等の形で水素は残り、これを減らそうとすれば、
Ｎ２０を多めに供給しなければならず、この際、膜中の
水素濃度は少なくなるが、同時に８１−〇結合も増加し
、硬度が著しく低下する。サーマルヘッド用保護膜とし
ては、＝Ｗ的な摩耗の観点からも、高硬度であることが
絶対的に重要な要因である。

以上のように、従来、プラズマＣＶＤ法により形成した
保護膜においては、サーマルヘッド用保護膜の様に、高
硬度かつ高耐熱性を有するという安来を満足することは
、難しかった。

発明が解決しようとする課題この様に、プラズマＣＶＤ法により形成した保護膜は、
緻密で、粒状突起、ピンホール等の欠陥の低減化と、段
差被覆性に優れ、下層膜の腐食防止に対して、大きな効
果があり、信頼性が格段に向上するが、一方で、原料ガ
スを分解して堆積させる形成方式であるため、ガスが未
分解の形で膜中に取り込まれることがある。例を示せば
、Ｓ工Ｈ４を用いたＳｉＮ膜における５ｉ−Ｈ結合等で
ある。

この５ｉ−Ｈの様に未分解で膜中に残存する水素は、結
合エネルギーが比較的小さく加熱により水素が離脱し、
その際、膜に気泡、クラックが発生する等、耐熱性に問
題を生じることが考えられもこれに対して、この５ｉ−
Ｈの水素を引き抜く目的で原料ガスにＮ２０等の酸素を
供給するものを用いると、ＳニーＨ結合は、明かに減る
が、同時に、膜中に、５１−０結合も増えるため、硬度
が著しく低下し、従って、サーマルヘッド用保護膜の様
に、高硬度かつ高耐熱であることが必要な用途において
は、必ずしも、両者を満足したものを得ることが容易で
はなかった。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、サーマルヘ
ッド用保護膜の様に、高耐熱性と高硬度のいずれも必要
な用途において、しかも、プラズマＣＶＤ法を用いて、
両者を実用上満足せしめるようにすることを主な目的と
している。

課題を解決するだめの手段この課題を解決するために、本発明は、下層が珪素、酸
素、窒素でなる層、上層が、珪素、酸素。

窒素、炭素でなる層の二層構成とし、しかも、いずれの
層も、プラズマＣＶＤ法で形成したものである。

作用この構成における二層構成の耐摩耗保護膜は、下層が、
珪素、酸素、窒素でなる層、上層が、珪素、酸素、窒素
、炭素でなる層で構成されている。

耐熱性に関しては下層から上層に向かうに伴い膜中の水
素濃度が増して、上層に向かうに伴い耐熱性は低下する
が、発熱抵抗体で発生した熱が、最高温度として、５０
０℃であっても、実際に、耐摩耗保護膜上層の表面温度
は、サーマルヘッドの構成における温度勾配から、発熱
抵抗体の表面温度に比して、かなり低いだめ、実用上問
題ない。

一方、高硬度に対しては、明らかなように、上層は、５
ｉ−Ｃ，ＳニーＮ等高硬度化に寄与する結合を増やすた
め、実質的な硬度を増加せしめることができる。

即ち、本発明の二層構成の保護膜を耐摩耗保護膜として
用いることで、高耐熱化と高硬度化の両者を満足させる
ことが、可能となり、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。

実施例本実施例としては、本発明の二層構成の保護膜として、
下層の珪素、酸素、窒素でなる層の原料ガスとしてＳｉ
Ｈ４，Ｎ２０．Ｎ２を用い、上層の珪素、酸素、窒素、
炭素でなる層の原料ガスとしてＳｉＨ４，Ｎ２．Ｇｏ　
を用い、プラズマＣＶＤ法により成膜した場合について
述べるものとする。

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、電極形状は３００ｍｍφ。

電極間隔２０ｍｍ、Ｒ７周波数１３．５６ＭＨ２゜ＲＦ
電力５００Ｗ、ガス圧力１Ｔｏｒｒ、下で、ガスを切り
換えることにより順次積層形成した。

この際の薄膜型サーマルヘッドの基本構成を第１図に示
す。絶縁性基板１上に、発熱抵抗体２゜導体層３を形成
した後、プラズマＣＶＤ法により、珪素、酸素、窒素で
なる下層４、珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層６の二
層構成でなる耐摩耗保護膜６を形成した。

この二層構成の耐摩耗保護膜について述べる前に、二層
構成の個々の層の性質について述べる。

ここでは、何れの層も単独で６μｍ堆積した際の硬度と
、熱処理によるクラック、気泡等の発生および赤外吸収
スペクトルについて調べた。（成膜に用いた装置は、上
述した装置である）珪素、酸素、窒素でなる膜（下層４
）については、前述したように、ＳｉＨ４，Ｎ２０．Ｎ
２を原料ガスとして成膜を行ったが、周知の通りＮ２ｏ
が増加するのに伴い、５ｉ−Ｏ結合が増加するため、硬
度は低下し、また５ｉ−Ｈ結合が減るために、耐熱性が
向上する傾向を有していた。ちなみに、５ｉＯｘＮ、で
、Ｘ＝１．ＯＯ、Ｙ＝０．７１　（７）ときのビッカー
ス硬度は、１５００　Ｋｇ／　ａｊ　ｆ、６５０℃での
加熱後も、膜に気泡、クラック等は、発生しなかった。

珪素、酸素、窒素、炭素でなる膜（上層６）については
、ＳｉＨ４，Ｎ２．Ｇｏを原料ガスに用いて成膜を行っ
た。この原料ガスにおいて、ＳｉＨ４／Ｎ２／Ｃ０＝１
６／４００１０ＳＣＣＩ１１のときは、第２図１に示す
ように６００℃の加熱後に気泡Ａが発生し、また、Ｓｉ
Ｈ４／Ｎ２／ｃｏ＝１６１０／４００ｓｃｃｍのときは
、第２図すに示すように５００℃の加熱後に、クラック
Ｂが発生した。

前者は、５ｉ−Ｈ結合の水素の加熱による膜中からの離
脱によって生じる。一方、後者は、第３図ａに熱処理前
後の赤外吸収の変化を示すが、熱処理前の赤外吸収７と
、熱処理後の赤外吸収８より、２１６０副−１の５ｉ−
Ｈ結合による吸収と１２６０ｃｍ−’　　のＳｉ−０Ｍ
３による吸収が、熱処理により大きく減少していること
がわかる。（特に、Ｓ　ｉ　−ＣＨ，が多く見られるも
のほど、耐熱性は、低下する傾向にある）しかしながら、例えば、Ｓ　ｉ　Ｈ４／Ｎ２　／ＣＯ＝　１ｅ／３５０１５０ｓ
ｃｃｍの様に、窒素過剰側でＣＯを少量添加した場合は
、第３図すに示すように、熱処理前の赤外吸収９と熱処
理後の赤外吸収１ｏより、熱処理前から５ｉ−ＣＨ，が
元々少なく、一方、３３５０ｍ　　”のＮ−Ｈ結合によ
る吸収が大きくなっている。また５ｉ−ＣＨ，や５ｉ−
Ｈの熱処理前後の吸収の大きな変化は、見られなかった
。この条件の元では、６６０℃程度の加熱によって、膜
にクラックや気泡が発生することは、なかった。（但し
、６００℃以上では、クラックが生じた）また、この条
件における膜のビッカース硬度は、２０００〜２２００に９／−を有し、Ｓ　Ｌ　Ｈａ　／　Ｎ　２　”　１６　／　４００　Ｓ
　ＯＣｍで成膜したＳｉＮ膜の１８００Ｋｇ／−に比し
て、大きく、耐熱性も高い。

以上の二層構成を形作る個々の層の単独膜としての評価
結果を、繰り返し表１に示す。

（以下　余　白）表１より明らかなように、二層構成の各層材料は下層か
ら上層に向かうに伴い、硬度は大きくなり、一方で、耐
熱性は、低下することがわかる。

さて、二層構成の耐摩耗保護膜６の各層の特性は、以上
の通りであるが、次に、第１図に示すように、実際に、
この二層構成を、先に述べた原料ガス、装置を用いて作
成した。

ここでは、珪素、酸素、窒素でなる下層４を１．０μｍ
、珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層６を４゜０μｍ成
膜し、薄膜型サーマルヘッドを構成した。この薄膜型サ
ーマルヘッドに、パルス幅１ｉａｓｅｃ　、　、繰り返
し周期１０　ｍ５ｅｃ、、印加電力１．３ｗ／　ｄｏｔ
　（８ｄｏｔｓ／　ｍｍの解像度のヘッド使用時）の電
力パルスを加えた。この際、第１図の発熱抵抗体２と耐
摩耗保護膜６の下層４との境界部の最高温度は、約６０
０℃程度となる。しかしながら、耐摩耗保護膜６におけ
る温度勾配から、上層６の表面の温度は、これよりかな
り低くなっており、耐摩耗保護膜６にクラック、気泡等
は、生じなかった。実際の使用条件では、発熱抵抗体２
の表面温度が、高々４００℃程度であるから、実用上、
何ら信頼性を損ねることはない。即ち、耐熱性が低いと
考えられる膜でも、これを、積層構成の上層側に配置す
ることにより、十分使用に供することが可能である。ま
た、この二層構成で、耐摩耗性は、硬度の高い上層６で
保証されるため、極めて良好である。尚、この構成で、
特に高耐熱性を重視する場合は、珪素、酸素、窒素でな
る下層４を厚くすればよく、高硬度を重視する場合は、
珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層６を厚くすればよい
。また、二層構成の膜の上層〜下層の界面では、ガスを
段階的に変化させて成膜する方が好ましい。例えば、本
実施例の場合で言えば、珪素酸素、窒素でなる下層４の
原料ガスＳｉＨ４，Ｎ２０゜Ｎ２　から、珪素、酸素、
窒素、炭素でなる上層５の原料ガスＳｉＨ４，Ｎ２．Ｇ
ｏに切り換える際は、まず５ｉｎ４．Ｎ２０．Ｎ２にＧ
ｏを徐々に導入していき、次いでＮ２０を徐々に減らし
ていき、最終的ＫＳｉＨ４，Ｎ２　、Ｇｏにすること等
である。これは、特に、界面における密着性の確保や、
急激な膜応力の変化による剥離等を防止する意味におい
て必要と言える。

ところで、本二層構成の耐摩耗保護膜６では、下層４の
珪素、酸素、窒素でなる層の比抵抗は、１０１３〜１ｏ
１５Ω・口であるのに対し、上層６の珪素、酸素、窒素
、炭素でなる層の比抵抗は、１Ｑ１１〜１０１２Ω・α
程度で、上層６にある程度の導電性が付与されるため、
例えば、熱転写方式の場合に、特に、乾燥下で、転写紙
であるポリエステル（絶縁物）と耐摩耗保護膜の摺動時
に生じる静電気を抑え、静電破壊を防止する効果もある
。

尚、本実施例では、珪素、酸素、窒素でなる下層４の原
料ガスとしてＳｉＨ４，Ｎ２０．Ｎ２を用いたが、酸素
の供給源として、０２．Ｃｏ２．Ｎｏ等を用いても、同
様な結果が得られる。珪素、酸素。

窒素、炭素でなる上層６の原料ガスとしてはＳｉＨ４，
Ｎ２．Ｇｏを用いだが、ＣＯＯ替わりに炭素の供給源と
して、Ｃ；２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，ＯＨ４，酸素の供給源と
して、Ｎ２０．Ｏ□、Ｃｏ２．Ｎｏ　　等を用いても、
硬度、耐熱性は幾分低下するが、適切に混合することに
より、同様な結果が得られる。

また、いずれの層においても珪素の供給源としてＳ工Ｈ
４を用いたが、Ｓｉ２Ｈ６にしても、Ｓｉ２Ｈ６は、Ｓ
ｉＨ４に比してＳｌに対するＨの組成比が小さく、高耐
熱化が図れると共に、成膜速度の高速化を図ることがで
きる。

また、本実施例では、特に、成膜時に下層４、または上
層５に接する面の温度を３５０℃としたが、これは、高
ければ高い程、膜中水素濃度も減り、高耐熱化が図れる
。３５０℃以下で成膜する場合も、使用用途に応じては
、十分実現可能である。（通常の使用温度は３００℃程
度）但し、膜中水素濃度が増すため、耐熱性は、劣化す
る方向に向かうことを十分考慮しなければならない。

発明の効果以上のように本発明によれば、珪素、酸素、窒素でなる
下層と、珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層の二層構成
をいずれも、プラズマｃｖｎ法により形成した膜を耐摩
耗保護膜とすることで、従来、プラズマｃｖｎ法で困難
であった高硬度化と高耐熱化の両者を満足させるという
課題を解決し、従って、この耐摩耗保護膜を薄膜型サー
マルヘッドに用いることにより、信頼性の高い薄膜型サ
ーマルヘッドを容易に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二層構成を有する耐摩耗保護膜を用い
た薄膜型サーマルヘッドの断面図、第２図は耐熱性の劣
化原因である気泡、クラックを説明するための図、第３
図は本発明の二層構成の耐摩耗保護膜の各層の特性のう
ち、特に上層を例にとって、耐熱性を向上させる為のポ
イントを説明するだめの、赤外吸収スペクトルを示す特
性図である。４．６・・・・・・下層、上層、６・・・・・・耐摩耗
保護膜。代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第図＼１絶ル！ｌＥ蟇伍第図（α）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁性の基板と、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、上記耐摩耗保護膜は、珪素、酸素、窒素でなる下層
と、珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層の二層構成とし
、これらの上、下層は、何れもプラズマＣＶＤ法により
形成されたことを特徴とする薄膜型サーマルヘッド。
（２）絶縁性の基板上に設けた多数の発熱抵抗体列の上
に、プラズマＣＶＤ法により、珪素、酸素、窒素でなる
下層と、珪素、酸素、窒素、炭素でなる上層の二層構成
で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。
（３）二層構成でなる耐摩耗保護膜は、少なくとも、そ
れに接する面の温度を３５０℃以上としてプラズマＣＶ
Ｄ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２項に記載の薄膜型サーマルヘッドの製造方法。