JPS6125550B2

JPS6125550B2 -

Info

Publication number: JPS6125550B2
Application number: JP878985A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nagano
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1985-01-21
Filing date: 1985-01-21
Publication date: 1986-06-16
Also published as: JPS60166469A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景技術分野本発明は発熱ヘツドに関する。更に詳しくは、
発熱用抵抗体として多結晶シリコン薄膜発熱体層
を有する発熱ヘツドの改良に関する。先行技術とその問題点近年、記録装置の高性能化、メインテナンスフ
リー化、小型化、高信頼性化、無音化等の要望か
ら、感熱記録が注目を集めている。この感熱記録
は、基板上に１個または複数個の微小発熱用抵抗
体を設けた発熱ヘツドを用い、この微小発熱用抵
抗体に電流を通じることによりそれを発熱させ、
この熱で感熱記録紙上に文字、図形、記号等を描
かせ、フアクシミリ、計算機端末装置、印字装
置、記録計等の出力方式として用いるものであ
る。従来、このような感熱記録用の発熱ヘツドの１
つとして、発熱用抵抗体を多結晶シリコン薄膜か
らなる発熱体層から形成したものが用いられてい
る。この場合、このような発熱ヘツドは、通常、
第１図に示されるような構造とされる。すなわ
ち、アルミナ等の基板２上には、発熱体層の発熱
を蓄積するためグレーズ層３が設けられる。この
グレーズ層３上には、所定の配置で多結晶シリコ
ン薄膜発熱体層４が設けられ、またこの発熱体層
４上には、一対のリード層５１，５３が設けら
れ、リード層５１，５３を介し、発熱体層４に通
電可能とされ、リード層間隙間およびその近傍の
発熱体層が発熱部として機能するように構成され
る。さらに、多結晶シリコン薄膜発熱体層４およ
びリード層５１，５３上には、通常、保護層６が
設けられる。このような多結晶シリコン薄膜発熱体層４を有
する発熱ヘツド１０は、発熱特性が良好で、また
その製造性も良好なものである。しかし、その使
用に従い、発熱体層の抵抗が変動し、画像再現性
が変動したり、発熱ヘツドの破損を生じ、その寿
命が短いという不都合がある。本発明はこのような不都合を解消すべくなされ
たものである。本発明者は、このような不都合を
生ずる原因を究明すべく研究を行ない次のような
知見を得た。従来の多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発
熱ヘツド１０は、上記のような積層構造をとるた
め、リード層５１，５３の発熱部側の端部は段差
を形成している。このため、発熱ヘツド１０を感
熱紙と摺接させつつ長期に亘つて使用すると、リ
ード層５１，５３の発熱部側の端部段差には、最
上層保護層６を介し感熱紙から繰返し過大な外部
応力が加わり、これによりこの近傍の積層構造の
密着性が低下し、ヘツド自体の寿命が短くなる。さらに、発熱用抵抗体は多結晶シリコン薄膜か
らなるので、その特殊性から次のような現象も生
起する。すなわち、ヘツドと摺接する感熱紙には
アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属が含まれ
るものである。このため、発熱ヘツドの使用に従
い、リード層５１，５３間に通電して発熱部を長
期に亘つて、繰返し発熱させると、印加電圧に対
し負側として使用されるリード層（例えば５１）
の発熱部側の端部上方に位置する保護層６３下面
には、繰返し印加される熱および電解により、感
熱紙からアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属
カチオンが泳動してきて、10μｍ程度の厚みのカ
チオン過剰層が形成されるに至る。このようなカ
チオン過剰層が形成されるに至ると、保護層６と
多結晶シリコン薄膜発熱体層４との間に内部応力
が生じ、また発熱体層を構成するシリコンとアル
カリ金属等との反応がおこり、特に負側のリード
層の発熱部側端部直下およびその周辺において、
発熱体層４と保護層６との間の密着性が低下し、
また発熱体層４および／または保護層６にはクラ
ツクが生じ、発熱体層４の抵抗劣化や、発熱体層
４と保護層６との破断が招来し、発熱ヘツドの寿
命が低下する。このように、発熱用抵抗体として多結晶シリコ
ン薄膜を用いる場合には、長期使用に従い、カチ
オン過剰層が形成され、種々の悪影響が生ずるも
のである。そして、これが前記したリード層端部
の段差の存在による外部応力による影響とあいま
つて、ヘツドの長期使用により特に、負側として
使用されるリード層の発熱部側の端部近傍におい
て、積層構造の破損、破壊等を招き、抵抗劣化を
より大きなものとし、その寿命をより低下させる
要因となつている。発明の目的本発明の目的は、以上のような発熱ヘツドの寿
命低下を防止することにある。このような目的は下記の本発明によつて達成さ
れる。すなわち、本発明は、グレーズ層を形成した基
板上に多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発熱
ヘツドにおいて、少なくとも一方のリード層の発
熱部側の端部近傍にあつて、発熱体層と最上保護
層との間にそれぞれ１層以上の窒化ケイ素からな
る層と酸化ケイ素を主成分とする層との積層体を
介在させることにある。なお、本発明においては、中間層の積層体の構
成層の一つとして、窒化ケイ素層を用いるもので
あり、本発明の効果はこの窒化ケイ素によりもた
らされるものである。このため、窒化ケイ素を、
例えば発熱ヘツドの保護層としてそれと同等に用
いられている酸化ケイ素、シリコンカーバイト等
に変えたいときには、本発明所定の効果は実現し
ない。また、特開昭55−154186号公報、同55−77584
号公報には、多結晶シリコン薄膜以外の発熱体層
を用いる場合ではあるが、発熱体層と保護層との
間に窒化ケイ素層を介在させた例が記載されてい
る。しかし、酸化ケイ素を主成分とする層を積層
せず窒化ケイ素層のみを介在する場合には、ヘツ
ド寿命の向上効果は不十分である。これらのことは、後記実験例で明白になるであ
ろう。発明の具体的構成以下本発明の発熱ヘツドを詳細に説明する。本発明の発熱ヘツドにおいて、その基板は、ア
ルミナ等のセラミツクス等を用いればよく、通常
は、平板状、柱状等の形状を有する。このような基板上に設けられるグレーズ層は、
通常のガラス質から形成すればよい。なお、グレ
ーズ層は、通常の場合と同様、基板上のほぼ全域
に亘つて設けられ、またその厚さは15〜200μｍ
とすればよく、さらにはガラス質を含むペースト
ないしスラリーから常法に従いスクリーン印刷
法、デイツプ法等により形成すればよい。一方、グレーズ層上には発熱体層が配置され
る。発熱体層としては、種々の方法によつて形成
した多結晶シリコン薄膜であつてもよいが、その
特性上Ｇからは、公知の化学気相成長法に従い形
成されたシリコン多結晶薄膜であることが好まし
い。また、この多結晶シリコン薄膜中には、Ｐ，
As，Ｂ，Sb等の不純物が100重量％程度以下の範
囲で含まれていてもよい。そして、その抵抗は２
×10^-4〜５×10^-3Ωcm程度とすればよい。さら
に、多結晶シリコン薄膜発熱体層は基板上に所定
の形状で１つのみ設けられていてもよいが、通常
は、例えば平行細条状となるように、多数分離さ
れて所定の配列で設けられるものであり、その厚
みは、0.1〜５μｍとするのが一般的である。この所定の形状と所定の配列を有する多結晶シ
リコン薄膜発熱体層には、一対のリード層が接続
される。リード層としては、各種高融点金属か
ら、種々の方法に従い薄膜として形成すればよい
が、タングステン、モリブデン、あるいはこれら
の合金、さらにはタングステンシリサイド、モリ
ブデンシリサイド等から構成することが好まし
い。この場合、リード層は多結晶シリコン薄膜発
熱体層の下層に位置してもよいが、通常はその上
層に積層される方が好ましい。また、リード層の
厚みは、概ね0.5〜２μｍとすればよい。さらに、このような積層体の上面のほぼ全域に
亘つて、最上層として、保護層が設けられてい
る。この保護層は、発熱用抵抗層およびリード層
の、感熱紙摺接に伴う摩耗等を防止するものであ
つて、通常は、ホウ化リン、窒化ケイ素、酸化ケ
イ素、シリコンカーバイド等から構成したり、あ
るいは下層として酸化ケイ素層、上層としてホウ
化リン層を有する２層構成とすることが好まし
い。また、保護層の厚みは、概ね0.5〜５μｍと
すればよい。このような前提の下で、本発明にあつては、第
１図に示されるように、少なくとも一方のリード
層５１，５３のシリコン発熱体層４の発熱部側の
端部近傍において、最上層保護層６と多結晶シリ
コン薄膜発熱体層４との間に、窒化ケイ素からな
る層７１と酸化ケイ素を主成分とする層７５との
それぞれ少なくとも一層からなる積層体７を介在
させる。この場合、窒化ケイ素からなる層７１は、通常
はSi₃N₄の組成を有するものであるが、この
Si₂N₃，SiNの組成を有していてもよく、あるいは
これら量論組成から偏倚したものであつてもよ
く、さらにはこれらの混合組成であつてもよい。
また、この窒化ケイ素層の厚みとしては、100〜
8000Å、特に500〜3000Åであればよい。一方、酸化ケイ素を主成分とする層７５は、グ
レーズ層３やシリコン発熱体層６と熱膨張率の近
いもので形成すれば、本発明の効果はより一層大
きくなるものであり、このような成分としては酸
化ケイ素あるいはリンを含有する酸化ケイ素層が
特に好ましい。このようにそれぞれ一層以上の酸化ケイ素を主
成分とする層７５と窒化ケイ素からなる層７１と
の積層体７の厚みの総和は概ね３μｍ程度以下と
することが好ましい。このような積層体７は、少なくとも一方のリー
ド層における多結晶シリコン薄膜発熱体層４の発
熱部側端部上方に位置する所定領域において、保
護層６と発熱体層４との間に存在すれば十分であ
り、従つて、例えば発熱体層をグレーズ層上に平
行細条状に設けるような場合には、第２図に示さ
れるように、細条状の発熱体層４の長さ方向全域
に亘つて積層体７を設けてもよく、一方のリード
層５１の端部に対応する領域の近傍にのみ部分的
に積層体７を設けてもよい。なお、細条状発熱体
層４の幅方向については、積層体７はその幅と対
応する幅で相互に分離して設けてもよいが、通常
は連続して設けることになる。なお、上記において、一方のリード層と称する
のは、前記したところから明らかなように、通常
は、印加電圧に対して負側として使用するリード
層である。しかし、本発明は、このような場合の
みに限られず、リード層間に高周波通電を行なう
場合においても、一定の効果を実現するものであ
る。なお、このような積層体７は、第２図に示され
るように、保護層６下面と多結晶シリコン薄膜発
熱体層４上面とに直接接するように介在させるも
のであり、窒化ケイ素からなる層７１および酸化
ケイ素を主成分とする層７５はそれぞれ１層以上
あれば十分であり、その数および積層順には制限
はない。ただ第３図ａ〜ｃのように、窒化ケイ素
からなる層７１の上層および／または下層に酸化
ケイ素を主成分とする層７５を積層し、窒化ケイ
素層７１が酸化ケイ素を主成分とする層８を介し
て保護層６の下面および／または発熱体層４の上
面等と接するようにするのが通常である。このような構造からなる本発明の発熱ヘツド１
は、通常以下のようにして製造される。例えば上
記第１の態様においては公知の方法に従い、基板
２上にグレーズ層３を形成する。その後、公知の
方法に準じ、多結晶シリコン薄膜発熱体層４、リ
ード層５１，５３を形成する。次いで、所定の形状に窒化ケイ素からなる層７
１と酸化ケイ素を主成分とする層７５との積層体
７を形成する。この場合窒化ケイ素からなる層７
１の形成は、通常、シリコンナイトライドをター
ゲツトとするRFスパツタリングや、塩化ケイ
素、あるいはシランとアンモニアをソースとし、
N₂＋H₂混合ガラスをキヤリヤとする公知の化学
気相成長方等に基づき行なえばよい。また、酸化
ケイ素を主成分とする層８の形成は、公知のいず
れの方法に従つてもよい。この後、保護層６を形
成し、本発明の発熱ヘツド１が製造されることに
なる。発明の具体的効果本発明の発熱ヘツドは、少なくとも一方のリー
ド層の発熱部側の端部の上方または下方の所定領
域において、保護層と多結晶シリコン薄膜発熱体
層との間に、窒化ケイ素からなる層７１と酸化ケ
イ素を主成分とする層７５との積層体７を設ける
ので、前記のようなヘツドの長期使用に伴う感熱
紙摺接にもとづくアルカリ分の侵入が排除され、
カチオン過剰層形成による悪影響が格段と減少
し、また、前記のような段差の存在による感熱紙
摺接の際のリード層端部近傍に加わる外部応力が
緩和し、その結果、発熱体層の抵抗劣化、積層構
造の剥離、破壊等が格段と減少し、ヘツドの寿命
はきわめて長いものとなる。本発明者は、本発明の効果を確認するため種々
実験を行なつた。以下にその１例を示す。実験例基板として300mm×300mm、厚さ２mmの98％アル
ミナを用い、その一面上にNa，Ｋ，Caを総計0.1
重量％含むガラス質からなる80μｍ厚のグレーズ
層３を形成した。次いで、化学気相成長法に従
い、基板を850℃に保持し、ソースとしてシラン
とジボラン、キヤリヤガスとして水素を用い、ボ
ロン１重量％を含む１μｍ厚の多結晶シリコン薄
膜を被着し、写真食刻法により、間隔30μｍで、
100μｍ幅の平行細条状の複数個の多結晶シリコ
ン薄膜発熱体層４を形成した。この後、この上に
1.5μｍ厚のＷ薄膜を被着し、やはり写真食刻法
により、上記各細条状発熱体層４上において、そ
の中央部に100×230μｍの窓が形成されるように
して、Ｗリード層５１，５３を形成した。しかる
後、化学気相成長法に従い、ソースとしてジボラ
ンとホスフインを用い、水素をキヤリヤとして、
反応温度850℃で２μｍ厚のリン化ホウ素薄膜
（B₁₃P₂）を上面全域に形成して、保護層６とし、
第１図に示される従来技術に属する発熱ヘツド
（ヘツドＡ）を作成した。次に、やはり比較のため、発熱体層４上面全域
に亘つて、化学気相成長法により１μｍ厚の
Si₃N₄薄膜を形成した他は、上記と全く同様にし
て比較用ヘツドＢを作成した。これに対し、下記第１表に示されるような窒化
ケイ素層７１、酸化ケイ素７５を発熱体層４と保
護層６との間に介在させた他は、上記ヘツド１と
同様にして、本発明のヘツドＣ，Ｄを作成した。なお、窒化ケイ素層は、ソースとしてシラン、
アンモニア、キヤリヤとして水素を用い、850℃
の反応温度で化学気相成長させたものであり、ま
た酸化ケイ素はスパツタにより形成したものであ
る。各ヘツドに感熱紙を摺接しながら、20msecの
間隔で3msecのパルス通電をくりかえした。 10⁶回通電後の抵抗値変化率を第１表に示す。第１表に示される結果から、本発明の効果があ
きらかである。

【表】

【表】＊介在させた層が複数あるときには上に記し
た層が上層として位置する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多結晶シリコン薄膜発熱体層を
有する発熱ヘツドの断面図であり、第２図は本発
明の発熱ヘツドの実施例を示す断面図であり、第
３図ａ〜ｃは、それぞれ本発明における窒化ケイ
素からなる層と酸化ケイ素からなる層との積層例
を示す断面図である。符号の説明１，１０…発熱ヘツド、２…基
板、３…グレーズ層、４…多結晶シリコン薄膜発
熱体層、５１，５３…リード層、６…保護層、７
…積層体、７１…窒化ケイ素からなる層、７５…
酸化ケイ素を含む主成分とする層。

Claims

【特許請求の範囲】

１基板上にグレーズ層を有し、当該グレーズ層
上に多結晶シリコン薄膜発熱体層と、当該シリコ
ン薄膜発熱体層に通電するための一対のリード層
とを有し、当該一対のリード層間隙間を含んで発
熱体層には発熱部が形成され、さらに最上層とし
て保護層を有する発熱ヘツドであつて、少なくと
も一方のリード層の発熱部側の端部近傍におい
て、上記発熱体層と上記保護層との間に、窒化ケ
イ素からなる層と酸化ケイ素を主成分とする層と
をそれぞれ少なくとも１層有することを特徴とす
る発熱ヘツド。