JPH0449057A

JPH0449057A - 薄膜型サーマルヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0449057A
Application number: JP15901590A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Korechika; 哲広是近; Seiichiro Sakaguchi; 誠一郎坂口; Masaya Nakatani; 将也中谷; Keizaburo Kuramasu; 敬三郎倉増
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-02-18

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、悠然記録に用いる薄膜型サーマルヘッドおよ
び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ｊｌ！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、
＊Ｓ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、クラン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
された膜の電界腐食が、生じないこと、（紙等の吸湿下
での駆動時に生し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。

（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ＰＥＴ（絶縁物）と、耐摩耗
保護膜の摺動時に生し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、信転性の面で重
要であり、こうした問題に対しては、プラズマＣＶＤ　
（ケミカル　ヴエーパ　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（ｔカ）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
しにくく、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、信転性が格段に改善
される。ところで、このプラズマＣＶＤ法を用いた保護
膜としては、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５
ｉＯＮ）ＩＩと表記）、シかも原料ガスとして、Ｓ　ｉ
　Ｈ，、Ｎ、０．Ｎ、を用い、プラズマＣＶＤ法により
成膜した膜は、任用である。

このＳ　ｉ　Ｈ，、Ｎ、Ｏ，Ｎ、を原料ガスとして用い
た５ｉＯＮ膜の場合には、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、Ｎ、Ｏガスの解離工フルギ
ーが０．８４５　ｅ　Ｖと小さく、Ｎ　ｚ　Ｏ→Ｎ　！
＋０の分解で生しる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り、耐熱性が向上する
。

また、５ｉＯＮｌ！では、膜の内部応力が、極めて小さ
く、サーマルヘッドの耐摩耗保護膜のように５μｍと厚
付しても、クラック、剥離等が生じず、十分な信転性を
有すると、言える。（通常の感熱紙使用下では、十分な
信顧性有する）しかしながら、この５ｉＯＮ膜では、次
の点が問題となる。それは、冒頭に挙げた要求性能のう
ち（１）〜（４）は満たすが、（５）については、５ｉ
ＯＮ膜の抵抗率が、１０１３〜１０”　（Ω・ｍ）と、
完全な絶縁物であり、ＰＥＴと摺動時に静電破壊が生し
る。

従って、熱転写記録方式には、適用できない。

発明が解決しようとする課題この欅に、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、信較性が格段に向上する。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な膜としては、５ｉＯＮ膜があ
るが、この膜では、感熱紙使用時には、十分な信顛性を
有するものの、熱転写記録時に静電破壊が生しるといっ
た問題点があった。

加えて、サーマルヘッドでは、駆動用ＩＣのランチアン
プ現象が生した際に、発熱抵抗体部に駆動電圧が、ＤＣ
的に常に印加された状態となり、これにより、発熱部が
、過昇温して、紙が燃える現象（以降発煙現象と表記す
る）が生じることがあり、これも回避することが必要と
なる。

即ち、サーマルヘッドにおいては、静電破壊、発煙現象
のいずれも生しない様な耐摩耗保護膜の材料及び構成が
、必要である。

ｔＪＮ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、発熱抵抗体に接
触する最下層が珪素、酸素、窒素を主成分としてなる層
（以１１ｓｉＯＮ層と表記）とし、紙と接触する最上層
を珪素、窒素、チタン、タンタルを主成分としてなる層
（以降５ｉＴｉＴａＮと表記）もしくは、珪素、窒素、
酸素、チタン、タンタルを主成分としてなる層（以１１
１ｓｉＴｊＴａＯＮと表記）とする少なくとも二層以上
の構成を有し、しかもいずれの層もプラズマＣＶＤ法で
形成した耐摩耗保護膜を用いたものである。

作用この構成における最上層の５ｉＴｉＴａＮ膜もしくは５
ｉＴｉＴａＯＮ膜は、膜中にＴｉ、ＴａＴｊ−Ｎ、Ｔａ
−Ｎ、Ｔｉ−３ｉ、Ｔａ−５ｉ等の金属的電気伝導を示
すもの及び、Ｓｉ、Ｔｉ−０等の半導体的電気伝導を示
すものを含む、これらの存在により、膜に導電性が付与
され、耐静電気性が向上する。しかしながら、本最上層
のみで保護膜とする場合、駆動ＩＣのラッチアンプ現象
が生じた際、発熱部の過熱により、膜の抵抗率が急激に
低下し、保ａｉｍ自体にも電流が流れ、発熱を助長し、
発煙現象を招く。従って、発熱体抵抗に接触する最下層
に、絶縁体かつ、耐熱性に優れた５ｉＯＮ膜を形成し、
（少なくとも、０．５μｍ以上）その上に、適切な中間
層もしくは、直接最上層を形成した積層構成膜とするこ
とで、最下層５ｉＯＮにより、ラッチアンプ下でも保ｒ
Ｊ膜に電流が流れることはない為、発煙現象は生じず、
加えて、最上層の抵抗率を１０′Ω・ｍ以下にすること
で、静電気は、膜面にそって、逃げるため、静電破壊は
、生じない。

更に、本保護膜の最上層に含まれるＴａ、Ｔｉについて
は、両者で相対的にＴａが多いほど、転写紙摺動時の耐
摩耗性は、良好であり、Ｔｉが多いほど、膜硬度が高く
、異物を抱きこんで摺動する際の膜に入る傷が小さい、
従って、これらＴａを適切に混合することで、耐摩耗性
、耐傷性に優れた耐摩耗保護膜とすることができる。

実施例実施例（１）本実施例では、本発明の保護膜の最上層として、珪素（
Ｓｉ）チタン（Ｔ　ｉ　）　、タンタル（Ｔａ）、窒素
（Ｎ）を主成分としてなる保護膜（ＳｉＴｉＴａＮ膜）
を、用いた場合について述べる。

第１図に示すように、アルミナ基板ｌ上にグレイズ層２
を形成したグレイズドアルミナ基板３上に発熱抵抗体４
、電極５を順次積層形成し、発熱抵抗体４、電極５を所
望の発熱体列にパターン形成した後、下層５ｉＯＮ膜６
を形成し、次いで上層５ｉＴｉＴａＮ膜７を形成し、二
層構成の耐摩耗保護膜８とする。（本実施例では５ｉＯ
Ｎ膜６を２（ｔｍ、Ｓ　１ＴｉＴａＮｌ１７を３ａｍ形
成した）本耐摩耗保１１１９８の具体的な成膜に用いた
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３００ｗφ、電極間隔２０ｍｍ、ＲＦ周
波数１３．５６ＭＨ，、ＲＦｔ力５００Ｗ、ガス圧力Ｉ
Ｔｏｒｒ・・基板温度３５０°Ｃで、下層５ｉＯＮ膜６
については、原料ガスとして、Ｓ　ｉ　Ｈａ　１６ｓｃ
ｃｍ、　Ｎ　、０１６ｓｃｃｍ、　Ｎ　２４００ｓｃｃ
ｒｍで形成し、上層Ｓ　ｉ　Ｔ　ｉ　Ｔ　ａＮＮ１３つ
いては、Ｓ　ｉ　Ｈ，１６ｓｃｃｍ、Ｎｚ４００　ｓｅ
ｃｍ（一定）、Ｔｉｃｌｍ　＋ＴａＣ１，トータル流量
０〜１６ｓｅｃ＋ｗ　（Ｔ　ｉ　Ｃｌａ／Ｔａ　ＣＩ、
流量比１／１一定）で変化させて、形成した。

まず、この際の上層５ｉＴｉＴａＮ膜７の特性について
述べる。第２図に５ｉＴｉＴａＮ膜の抵抗率について示
している。同図で、横軸は、　　（Ｔｉ　ＣＩ　ａ　＋
　Ｔ　ａ　Ｃｌ　ｓ　）　／　Ｓ　ＩＨ４流量比、継軸
は、抵抗率を示す。ライン９がその際の抵抗率の変化を
示す。ライン９より、（Ｔ　ＩＣｌ　ａ　＋Ｔ　ａＣＩ
ｓ　）　／Ｓ　ｉ　Ｈ４流量比０〜１の間で、膜の抵抗
率は、１０１２〜１０３（Ω・ｍ）まで変化する。これ
は、明らかな欅に、流量比の増加に伴い、膜中に、Ｔｉ
、Ｔａ　　Ｔｉ−Ｎ、Ｔａ　−Ｎ　　Ｔｉ　−３ｉ、Ｔ
ａ−５ｉ等の金属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る為である。

本実施例では、Ｔ　ｒ　Ｃ］　ａ　／　Ｔ　ａ　ＣＩ　
ｓ流量比を一定にしているが、相対的にＴｉＣｌ４流量
比を増加させた場合の方が、膜の抵抗率の低下は大きく
、また硬度も大きいと言える。この時、実用的には、硬
度の大きいもの程、転写紙等と摺動する際に転写紙が抱
き込んでくるシリカ等の異物により保護膜に走査方向に
白筋（擦傷）が入る度合が小さくなる為有利である。一
方、ＴａＣｌ、流量比を相対的に増加させた場合には、
硬度は、低下するが、Ｔａは耐蝕性に優れる為、転写紙
と実摺動させる場合に、特に転写紙背面（保護膜と接触
する面）コート材と保護膜が直接接触する訳であるが、
コート材にリン酸エステル等の高温で酸を発生し得るよ
うな材料が用いられている場合に摺動させた際に住しる
膜の科学的な摩耗を小さくすることができる点で有利で
ある。従って、実用的な見地で言えば、５ｉＴｉＴａＮ
膜７の表層に近い側は、Ｔａリッチとし、深さ方向に次
第にＴｉリッチにするような構成が望ましい。

ところで１本上層５ｉＴｉＴａＮ膜７を第３図に示すよ
うに、−層膜で保護膜として用いた場合は、次の問題が
生した。即ち、駆動ＩＣのラッチアップ現象が生じた際
、第３図の発熱抵抗体４の発熱部１０にＤＣ的に常に２
４■ｉ１１！された状態となり、この際保護膜７の抵抗
率が１０”Ω・ｍ以下（室温値）のものを用いると、通
常保Ｎ＃の抵抗温度係数は、負に非常に大きい為、発熱
部１０上の保護膜の抵抗値が急激に下がり、保護膜にも
電流が流れ、自己発熱し、ついには紙から発煙が生しる
。これに対して、第１図の様に下層に５ｉＯＮ膜６を発
熱部に接触するように形成すれば、５ｔＯＮ膜の抵抗率
が１０”　〜１０”Ω−ｍＣ室、１Ｍ）と完全な絶縁体
である為、ラッチアップ下でも、保護膜に電流が流れる
ことはなく発煙は生しない。

但しこのとき５ｉＯＮｌｌ厚が０．１μｍ以下と薄い場
合には、５ｉＯＮｌｌｌを電流がトンネルしてしまう為
、発煙にいたる為、これ以上の厚さにする必要がある。

５ｉＯＮ膜厚については、次に述べる静電破壊の点から
も厚いほど有利である。従って、第１図に示す様に、５
ｉＴｊＴａＮｌｌ１７を５ｉＯＮｌ１６上に形成した構
成は、発煙現象の回避の点で効果がある。一方で、５ｉ
ＴｉＴａＮ膜の抵抗率を１ＯＩｌΩ・ｍ程度以上にする
と、転写紙（ＰＥＴ）と摺動した際に生しる静電気が、
膜面方向１１に逃げずに、膜厚方向１２に流れ、５ｉＴ
ｉＴａＮ膜７と５ｉＯＮ膜６の界面ムこ蓄えられ、５ｉ
ＯＮ膜６において、下地層との間で、静電破壊を生しる
。従って、５ｉＴｉＴａＮ膜７の抵抗率を１０７Ω・ｍ
以下にすれば、膜面方向１１にも十分チャージが流れる
為、静電破壊に至らない。この際、Ｓｉ　ＯＮ膜６につ
いては、できる限り厚くする方が、破壊電圧が増加する
為、信輔性の点から好ましいと言える。

実施例（２）第１図の５ｉＴｉＴａＮ膜７に代えて５ｉＴｉＴａＯＮ
膜を用いる場合には、実施例（１）の５ｉＴｉＴａＮの
原料ガスにＮ　ｚ　Ｏ１６ｓｃｃｍを加えることで形成
した。（他の条件は同一）この際の膜の抵抗率を５ｉＴｉＴａＮと比較すると、第
２図のライン９よりいずれの（ＴｉＣＩ。

＋”ｒ　ａ　ＣＩ　ｓ　）　／　Ｓ　ｒ　Ｈ４流蓋比に
おいてもほぼ２桁程度抵抗率が増加した。

この５ｉＴｉＴａＯＮ膜についても、相対的にＴｉリッ
チな程、膜硬度は高く、耐擦傷性に優れ、また、膜の抵
抗率が小さく、Ｔａ１Ｊノチな程、化学的に生しる摩耗
は小さい。従って、５ｉＴｉＴａＮ膜の場合と同様表面
をＴａリッチにし、深さ方向にＴｉリッチにする膜構成
が好ましい。

また、特に膜中にＯを入れたことによる効果としては、
５ｉＴｉＴａＮ膜より○が入る膜硬度は若干低下するも
のの、膜応力が小さく、厚付においては、有利であるこ
と及び、本実施例の様にＴｉ、Ｔａの見料として、Ｔｉ
Ｃ１ｎ　、ＴａＣｌ５等ＣＩ系を用いた際、Ｏにより膜
中Ｃ１濃度が低下する。加えて、５ｉＴｉＴａＮ膜では
、真空内残留酸素が膜中に混入し、膜特性が、若干ばら
つく傾向があるのに対し、Ｓ　ＪＴ　ｉ　Ｔ　ａ　ＯＮ
１ｇテハ、０を意識的に加える為、膜特性の安定化が図
り易い点が挙げられる。

実施例（３）第４図では、５ｉＴｉＴａＮ膜７と５ｉＯＮｌｌＩ６の
間にＳｉＮ膜１３を挿入した三ＮｔＲ成耐摩耗保護膜１
４を形成した例を示す、このＳｉＮ層１３は、薄くても
良く、特に５ｉＴｉＴａＮｌｌを厚付する際に下層５ｉ
ＯＮｌ！６との間の応力緩和層として働き、加えて、本
実施例の様に、ＴｌＣ１４，ＴａＣ１４，ＴａＣＩｓ等
Ｃ１系の原料を用いる際、Ｃ！が下層方向に拡散するの
を防ぐ役割も有する。

この様に、応力緩和、拡散防止等、適宜要求により、最
上層７と最下層６の間に膜を挿入し、多層化することは
、可能である。

発明の効果以上のように、本発明の耐摩耗保護膜は珪素、チタン、
タンタル、窒素もしくは、珪素、チタン、タンタル、窒
素、酸素を主成分としてなる層を最上層とし、珪素、酸
素、窒素を主成分としてなる層を最下層とする二層以上
の積層構成でなり、しかもいずれの層もプラズマＣＶＤ
法により形成したので、静電破壊が生じず、発煙現象も
回避でき、更に、耐採傷性、耐摩耗性にも優れる為、信
頼性が著しく向上する。

【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
ッドの断面図、第２図はその上層の抵抗率の一例を示し
た特性図である。第３図は本発明品との対比を行うため
の薄膜型サーマルヘッドの断面図、第４図は本発明の他
の実施例の薄膜型サーマルヘッドの断面図である。１・・・・・・アルミナ基板、２・・・・・・グレイズ
層、４・・・・・・発熱抵抗体、訃・・・・・電極、６
・・・・・・５ｉＯＮ膜層、７・・・・・・５ｉＴｉＴ
ａＮ膜、８・・・・・・耐摩耗保ｇｌＷ＃、。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第２図登　！！ｌ　ル　伍　怜電　　　飯５１　　ＯＮ　　１１ＳｔＴｉ　ＴＯＮ　　ｎ＃Ｒ障　耗１呆　誇　霞図

Claims

【特許請求の範囲】

（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
、上記耐摩耗保護膜は、少なくとも二層以上の構成から
なり、発熱体列に接触する最下層が、珪素、酸素、窒素
を主成分としてなる層、紙と接触する最上層が、珪素、
窒素、チタン、タンタルを主成分としてなる層とする構
成をとり、しかも該二層以上の構成の耐摩耗保護膜が、
いずれもプラズマ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、少なくとも二層以上の構成から
なり、発熱体列に接触する最下層が、珪素、酸素、窒素
を主成分としてなる層、紙と接触する最上層が、珪素、
窒素、酸素、チタン、タンタルを主成分としてなる層と
する構成をとり、しかも該二層以上の構成の耐摩耗保護
膜が、いずれもプラズマ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。
（３）絶縁性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、窒素を主成分
としてなる層を最下層とし、珪素、窒素、チタン、タン
タルを主成分としてなる層を最上層とする少なくとも二
層以上の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。
（４）絶縁性基板上に設けた多数の発熱抵抗体列のの上
に、プラズマＣＶＤ法により、珪素、酸素、窒素、を主
成分としてなる層を最下層とし、珪素、窒素、酸素、チ
タン、タンタルを主成分としてなる層を最上層とする少
なくとも二層以上の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。