JPS6026283B2 - 薄膜発熱抵抗体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜発熱抵抗体、特に棚化ジルコニウム系薄膜
発熱抵抗体の製造方法に関する。

熱印字記録に用いられるサーマルヘッドは例えばガラス
のような電気的な絶縁性と平滑面とを有する基板上に複
数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電力を供給する
ための電気導体とを設け、記録すべき情報に従って必要
な熱パターンが得られるように、対応する発熱抵抗体に
電気導体を介して電流を流して発熱させ、記録媒体に接
触することにより記録を行なうものである。

そこに用いられる発熱抵抗体としては、従釆窒化タンタ
ル、ニクロム酸化錫等の薄膜発熱抵抗体、銀−パラジウ
ム等を用いた厚膜発熱抵抗体、シリコン半導体を用いた
半導体発熱抵抗体がある。このうち薄膜発熱抵抗体を用
いたサーマルヘッド‘ま厚膜発熱抵抗体、半導体発熱抵
抗体等と比較して熱ＷＥ答性がよく耐熱性、耐熱衝撃性
に優れ、寿命が長く、信頼性が高い等の特徴を有してい
る。この薄膜発熱抵抗体としては、従釆、窒化タンタル
が耐熱性に優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も２５０
〜３００ｒＱ仇と比較的高い値で製造の制御性もよいた
め、特に多く用いられている。しかるに窒化タンタルは
約３００午０より、上の高温に於ては急激に酸化されそ
の抵抗値が急激に増加し、記録紙に印字する場合、印字
濃度を劣化させる欠点がある。

一般にはこの欠点を補うために酸化シリコン（Ｓｉ０２
）の耐酸化保護層を設け更にその上に酸化タンタル（Ｔ
ａ２０５）の耐摩耗層を設けてサーマルヘッドとして使
用しているが、サ−マルヘッドを長時間駆動させた時の
抵抗変化はなお十分満足できるものではなかった。特に
近年、高速サーマルヘッドの要求が増加しつつあるため
ヘッドの通電パルス中を短かくして感熱紙を発色させる
必要があり、従って電力は従来より増加することになり
、発熱抵抗体はさらに高温になるから寿命はより短くな
る。そのためさらに耐熱性のある発熱抵抗体が要求され
ている。また、窒化タンタルの面積抵抗は、通常５００
／口前後で、サーマルヘッドとして特に大きくした場合
でも１０００／口程度であり更に抵抗値を大きくするた
めにはトリミングを行なったり、膜厚を薄くする等の方
法を用いるが、その際製造工程が複雑になったり、寿命
に対して悪影響を生じたりする等の欠点が発生する。

このように室化タンタル薄膜発熱抵抗体では面積抵抗を
大きくとれないため、抵抗体を加熱するだけの電力を供
Ｖ給するためには必然的に電流が大きくなり、電気導体
の抵抗値が問題になる。

即ち、薄膜発熱抵抗体の抵抗値に対して電気導体の抵抗
値が無視できなくなるから、抵抗体に接続された各電気
導体の距離の差異により各抵抗体の発熱量が異ってしま
い、記録パターンに濃度差が生じ記録品質が劣る。更に
記録密度を上げるため、薄膜抵抗体の大きさを小さくす
ると、薄膜発熱抵抗体の面積抵抗値は不変で電気導体の
抵抗値のみ増大するから、電気囚畠体における電力消費
が問題になるし、又これを避けるために電気導体の厚さ
を極端に大きくすると多層配線の場合に表面の凹凸が激
しくなり摩耗にも弱くなるなど構造上大きな不都合が生
じることになる。又電流が大きいことは加熱用電源、ス
イッチング回路等の不都合も生じる。本発明は上記の点
を改良し、酸化されにくく抵抗値が安定で、比抵抗を高
い値まで選択できる薄膜発熱抵抗体の製造方法を提供し
、その特徴とするところは、スパッタリングをするとき
のアルゴン雰囲気中に酸素を混合したことにある。

つまり、アルゴンは１×１０‐３ＴＯｎ〜５×１０‐Ｔ
ｏｎで使用するが、さらに酸素を２×１０‐３Ｔｏｎ〜
５×１０‐汀ｏｎの範囲で混合したものである。以下、
図面を参照しながら詳細に説明する。第１図は、薄膜発
熱抵抗体の一実施形態であるサーマルヘッドの要部断面
図である。同図中１は基板である。該基板はセラミック
ス、ガラス、グレーズドセラミックスのような電気絶縁
物で形成されている。２は本発明の方法で作成された棚
化ジルコニウムの薄膜発熱抵抗体である。

３は該薄膜発熱抵抗体に電力を供給する為の電気導体で
、厚さは約２ム舵以下でありアルミニウム、金等の電気
良導体から形成され、必要に応じて前記薄膜抵抗体との
間にチタニウム等の下引層を配する。

４は保護層で、酸化防止、棚摩耗などを目的としてスパ
ッタリングまたは電子．ビーム葵着によって、酸化マグ
ネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルを一層５〜
１０〃の程度配したり、酸化シリコンと酸化タンタルの
二層構成の膜を配したりする。

本発明の方法によって作成した棚化ジルコニウムの薄膜
発熱抵抗体は固有抵抗が従来の窒化タンタルに比しては
るかに大きく、しかも酸素分圧の設定値を２×１０‐３
Ｔｏｍ〜５×１０‐３Ｔｏｎの間から選択することによ
って４００ム○伽〜５０００山○肌まで選択可能である
。

つまり固有抵抗値を高く作成すれば、電極の抵抗値もあ
る程度高くても良いから製造工程が容易になり、電極が
薄くて良いから表面の凹凸が少〈なるので耐摩耗性が改
良され、電極部での電圧降下が無視できる程度であるこ
とから薄膜発熱抵抗体の発色濃度ムラが小さくなり、マ
トリクス配線などの電極のパターン設計が自由になる。
次に実施例に基づいて説明する。

実施例 １ １１００℃でホットプレスした５インチ径の棚化ジルコ
ニウム（Ｚｒ＆）のターゲットを用いて、充分に洗浄さ
れたガラス厚５０〃机のグレーズドアルミナ基板を３０
０℃に基板加熱して、アルゴン圧力４×１０‐２Ｔｏｎ
、酸素圧３×１０‐３Ｔｏｎ、混合ガス雰囲気中で高周
波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ／の
で５分間スパツタしたところ、１０００Ａの膜厚の棚化
ジルコニウム薄膜抵抵体が得られた。比抵抗は１４００
ムＱ肌、面積抵抗は１４００／口であった。この上にチ
タン１０Ａ、アルミニウムを１山肌電子ビーム蒸着で付
け、選択エッチングで４本／肌の分解能をもつサーマル
ヘッドパターンを形成し、これをサーマルヘッドＡ，と
した。さらにこの上に保護層として酸化シリコン（Ｓｉ
０２）を１仏肌、酸化タンタル（Ｔａ２０５）を１０一
肌連続的にスパッタで積属し、サーマルヘッドふとした
。比較の為に、高周波２極の反応スパッタリングによっ
てタンタルをターゲットとし、アルゴンと窒素の全圧力
が８×１０‐２Ｔｏｎ、窒素分圧が１×１ｏ‐４Ｔｏｎ
の条件で１０００Ａの厚さの窒化タンタル薄膜発熱抵抗
体のサーマルヘッドＢ，を作成した。

この窒化タンタル薄膜発熱抵抗体は比抵抗が２６０山○
抑で面積抵抗は２６０／口であった。サ−マルヘツドＢ
，に対し、さらに保護膜として酸化シリコン（Ｓｉ０２
）を１一の、酸化タンタル（Ｔａ２０５）をｌｏＡｍ連
続的にスパッタで薄層し、サーマルヘッド＆とした。ま
た別の比較例として、棚化ジルコニウム（Ｚｒ＆）を試
料として電子ビーム蒸着装層で真空度２×１０‐５Ｔｏ
ｍの条件で１０００八の厚さの棚化ジルコニウム薄膜の
サーマルヘッドＣ，を作成した。

この棚化ジルコニウム薄膜発熱抵抗体は比抵抗が８００
山Ｑ肌で面積抵抗は８００／口であった。サーマルヘッ
ドＣ，に対し、さらに保護膜として酸化シリコン（Ｓｉ
Ｑ）を１仏肌、酸化タンタル（Ｔａ２０５）を１０り風
連綾的にスパッタで積層し、サーマルヘッドＣ２とした
。これらのサーマルヘツド‘こ対して、５０ＨＺで６の
ｓの矩形波を３び分ごとにＩＷ／桝ずつパワーアップし
ながら加速テストを行った。

この結果を第２図に示す。同図から明らかなように、本
発明にかかる製造方法で作成した薄膜発熱抵抗体を有す
るサーマルヘッドは高印加電力に耐えることができ、高
温での抵抗変化が少いことがわかつた。つまり、比較例
では保護膜なしでは実用するのが難かしいのに対して、
本発明に係るサーマルヘッドは保護膜なしでも実用でき
、保護膜をつけた場合には非常に良い耐熱性が得られた
。実施例 ２ １１００ｑｏでホットプレスした５インチ径の棚化ジル
コニウム（Ｚｒ＆）のターゲットを用いて、充分に洗浄
されたガラス厚５０ｒ肌のグレーズドアルミナ基板を３
００℃に基板加熱して「アルゴン圧力４×１０‐２Ｔｏ
ｍ、酸素圧４×１０‐３Ｔｏｒｒの混合ガス雰囲気中で
高周波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ／の
で３分間スパッタしたところ、６００Ａの膜厚の棚化ジ
ルコニウム薄膜抵抗体が得られた。比抵抗は２６００山
○伽、面積抵抗は４３００／口であった。この上にバナ
ジウム１０Ａ、アルミニウムを１ム机電子ビーム蒸着で
付け、選択エッチングで４本ノ柵の分解能をもつサーマ
ルヘッドパターンを形成し、さらにこの上に保護層とし
て酸化シリコン（Ｓｉ０２）を１〃仇、酸化タンタル（
ＴをＱ）を１０ム凧連続的にスパッタで積層し、サーマ
ルヘッドを作成した。このサーマルヘツド‘こ対して実
施例１と同じ加速テストを施したところ、サーマルへッ
ドんと同様な良好な結果が得られた。

実施例 ３ １１００℃でホットプレスした５インチ径の棚化ジルコ
ニウム（Ｚｒ＆）のターゲットを用いて、充分に洗浄さ
れたガラス厚５０山肌のグレーズドアルミナ基板を３０
０℃に基板加熱して、アルゴン圧力４×１０‐２Ｔｏｎ
、酸素圧５×１０‐３Ｔｏｍの混合ガス雰囲気中で高周
波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ／の
で３分間スパッタしたところ、６００Ａの膜厚の棚化ジ
ルコニウム薄膜抵抗体が得られた。比抵抗は４４００ｒ
○弧、面積抵抗は７３００／口であった。この上にバナ
ジウム１０Ａ、アルミニウムをｌＡｍ電子ビーム蒸着で
付け、選択エッチングで４本／側の分解館をもつサーマ
ルヘッドパターンを作成し、さらにこの上に保護層とし
て酸化シリコン（ＳｉＱ）を１〆ｍ、酸化タンタル（Ｔ
ａ２Ｑ）を１０ムの連続的にスパッタで積層し、サーマ
ルヘッドを作成した。このサーマルヘッド‘こ対して実
施例１と同じ加速テストを施したところ、サーマルへッ
ドんと同様な良好な結果が得られた。実施例 ４ １１０ぴ○でホットプレスした５インチ径の棚化ジルコ
ニウム（ＺｒＢ）のターゲットを用いて、充分に洗浄さ
れたガラス厚５０〃机のグレーズドアルミナ基板を３０
０℃に基板加熱して、アルゴン圧力４×１０‐２Ｔｏｍ
、酸素圧２×１０‐３Ｔｏｎの混合ガス雰囲気中で高周
波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ／め
で５分間スパツタしたところ、１０００Ａの膜厚の棚化
ジルコニウム薄膜抵抗体が得らた。比抵抗は５５０山○
仇、面積抵抗は５５０／口であった。この上にチタン１
０Ａ、アルミニウムを１仏机電子ビーム蒸着で付け、選
択エッチングで４本／柵の分解館をもつサーマルヘッド
パターンを形成し、さらにこの上に保護層として酸化シ
リコン（Ｓｉ０２）をｌｒ机、酸化タンタル（Ｔａ２０
５）を１０ｒ凧連続的にスパッタで競層し、サーマルヘ
ッドを作成した。このサーマルヘッドーこ対して実施例
１と同じ加速テストを施したところ、サーマルへッドん
と同様な良好な結果が得られた。実施例 ５ １１００午０でホットプレスした５インチ径の棚化ジル
コニウム（ＺｒＢ）のターーゲツトを用いて、充分に洗
浄されたガラス厚５０ム肌のグレーズドアルミナ基板を
３００午０に基板加熱して、アルゴン圧力４×１げびｏ
ｒｒ、酸素圧１×１０‐汀ｏｒｒの混合ガス雰囲気中で
高周波２極スパッタリングを行った。

スパッタ率は２００Ａ／分、投入パワーは３．０Ｗ′の
で５分間スパッタしたところ、１０００Ａの膜厚の棚化
ジルコニ‐ウム薄膜抵抗体が得られた。比抵抗は６００
ｒＱ仇、面積抵抗は６００／口であった。この上にチタ
ン１０Ａ、アルミニウムをｌＡｗ電子ビ−ム蒸着で付け
、選択エッチングで４本／側の分解館をもつサーマルヘ
ッドパターンを作成し、さらにこの上に保護層として酸
化シリコン（Ｓｉ０２）を１リ凧、酸化タンタル（Ｔａ
２０５）を１０ム肌連続的にスパッタで積層し、サーマ
ルヘッドを作成した。このサーマルヘツド‘こ対して実
施例１と同じ加速テストを施したところ、サーマルへッ
ドんと同様な良好な結果が得られた。

ここで、実施例１〜５で得られた薄膜発熱抵抗体の比抵
抗と、製造時の酸素圧との関係を図示したものが第３図
である。

このように酸素の分圧を選択することによって、広い範
囲の比抵抗の調節をすることができる。なお、酸素分圧
を５×１０‐汀ｏｎより上げた場合には、抵抗が急激に
増加してコントロールが難かしかった。

図面の簡単な説明第１図はサーマルヘッドの要部断面図
。

第２図、第３図は、本発明によって製造した薄膜抵抗体
の効果を示す特性図。１・・…・基板。

２・・・・・・薄膜発熱抵抗体。

４・・・・・・保護層。

弟ｌ図 菊２図 泰ろ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルゴンと酸素とを含有し、前記酸素の分圧が２×
   １０＾−＾３〜５×１０＾−＾３Ｔｏｒｒである混合気
   体中で、硼化ジルコニウムをスパツタすることを特徴と
   する薄膜発熱抵抗体の製造方法。