專利名稱：熱敏頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于搭載在光敏式打印機(photo printer)或熱敏式打印機(thermal printer)等上的熱敏頭(thermal head)及其制造方法。
背景技術(shù)：
搭載于光敏式打印機或熱敏式打印機等上的熱敏頭，設(shè)置有多個發(fā)熱電阻體、向這些發(fā)熱電阻體供電的電極(導(dǎo)體)以及保護層等。一般由以下工序所形成。首先，在基板上連續(xù)成膜形成電阻膜與導(dǎo)體，通過退火處理使電阻膜的電阻值穩(wěn)定化。接著，使用光刻法(photolitho-graphy)技術(shù)，在將不要部分的導(dǎo)體及電阻膜去除而決定電阻形狀之后，去除電阻膜的發(fā)熱電阻體上的導(dǎo)體，使發(fā)熱電阻體露出。這樣，在露出的發(fā)熱電阻體及導(dǎo)體上形成保護層。通過以上的工序，得到以往的一般熱敏頭(熱敏頭的發(fā)熱部)。
但是，在上述制造工序中，由于在去除發(fā)熱電阻體上的導(dǎo)體的工序中，是以發(fā)熱電阻體露出的狀態(tài)去除抗蝕層(resist)，所以在去除抗蝕層時發(fā)熱電阻體會發(fā)生氧化，存在有多個發(fā)熱電阻體間的電阻值發(fā)生偏差的問題。為了消除這些偏差，雖然存在使用反濺射(逆sputter)或離子束蝕刻(ion beam etching)等將發(fā)熱電阻體的表面氧化層去除的方法，但難以利用反濺射或離子束蝕刻等將表面氧化層均勻一致去除(維持發(fā)熱電阻膜的初期膜厚)，難以使多個發(fā)熱電阻體之間的電阻值均勻化。而且，在形成保護層時，為了提高該保護層與導(dǎo)體及電阻膜的緊密結(jié)合，也進行反濺射，但該反濺射的蝕刻偏差也會引起發(fā)熱電阻體與發(fā)熱電阻體之間電阻值的偏差。具有這樣的發(fā)熱電阻體的頭搭載于打印機時，發(fā)熱電阻體與發(fā)熱電阻體之間電阻值的偏差會引起打印品質(zhì)的下降(出現(xiàn)打印濃度的不均勻)。因此，特別是對于彩色打印機或光敏式打印機的熱敏頭，必須對頭內(nèi)多個發(fā)熱電阻體之間的電阻值的偏差進行嚴格的控制。
所以在以往的技術(shù)中，在頭形成之后，實行對發(fā)熱電阻體施加適當?shù)碾妷好}沖，調(diào)整電阻值的修整處理(trimming處理)，由此使發(fā)熱電阻體的電阻值均勻化。但是，該修整處理必須對每一個頭進行，非常繁瑣。而且，由于在修整處理中是通過電壓脈沖的施加而強制地使發(fā)熱電阻體的電阻值下降，所以會使發(fā)熱電阻體的壽命，乃至頭的壽命縮短。由以上的原因可知，理想是能夠不通過修整處理而抑制發(fā)熱電阻體的電阻值的偏差。
進而，近年來，希望開發(fā)出即使施加電力增大，電阻值的變化也小的熱敏頭，以頭能夠與數(shù)據(jù)的大容量化及高速處理等相對應(yīng)進行高速動作。
專利文獻特開昭第62-4301號公報特開昭第62-109668號公報特開昭第62-179956號公報特開昭第63-185644號公報發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠不進行修整處理而抑制發(fā)熱電阻體之間的電阻值的偏差的熱敏頭及其制造方法。而且，本發(fā)明的目的還在于得到電阻值變化小的熱敏頭及其制造方法。
本發(fā)明通過在發(fā)熱電阻體的表面覆蓋絕緣無機氧化物層，能夠在防止發(fā)熱電阻體的表面氧化的同時，還能夠保護發(fā)熱電阻體免受制造過程中的蝕刻損害而抑制發(fā)電阻體的電阻值的偏差，而且，能夠抑制由于施加電力的退火效應(yīng)(構(gòu)成發(fā)熱電阻體元素的結(jié)晶化)而減少發(fā)熱電阻體的電阻值的變化。
也就是說，本發(fā)明在具有在基板上連續(xù)成膜的、多個發(fā)熱電阻體及分別多個發(fā)熱電阻體的電阻長方向兩端部導(dǎo)通的導(dǎo)體的熱敏頭中，其特征在于在所述導(dǎo)體上形成露出多個發(fā)熱電阻體表面的開放部，并在該開放部內(nèi)，設(shè)置有由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層。
優(yōu)選絕緣無機氧化物層由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一種所形成。只要這些絕緣無機氧化物材料，就能夠防止發(fā)熱電阻體表面氧化及蝕刻損害的同時，還能夠在施加電力增大時抑制發(fā)熱電阻體的電阻值的變化。
在絕緣無機氧化物層及導(dǎo)體上，能夠形成用于保護絕緣無機氧化物層及導(dǎo)體不受頭動作時摩擦的保護層。在這種情況下，為了使保護層與絕緣無機氧化物層及導(dǎo)體能夠良好地緊密結(jié)合，一般是在層成膜之前實施反濺射處理。為了使絕緣無機氧化物層能夠充分發(fā)揮防止發(fā)熱電阻體表面氧化的功能，保護發(fā)熱電阻體不受蝕刻損害的功能，以及抑制發(fā)熱電阻體的電阻值變化的功能，優(yōu)選經(jīng)反濺射處理后的膜厚為200以上、2000以下。
在沿著所述電阻發(fā)熱體的長方向切斷所述絕緣無機氧化物層時，其截面形狀為與所述導(dǎo)體相接的兩端部呈尖銳形、夾在兩端部之間的中央部分呈平坦的略凹形狀。這樣的略凹形狀，是在殘留用于形成露出發(fā)熱電阻體的開放部的抗蝕層的狀態(tài)下而成膜形成絕緣無機氧化物層，然后去除不需要部分(埋入開放部之外的部分)而形成的。
在本發(fā)明的制造方法的方案中，其特征在于包含以下工序在基板上連續(xù)形成電阻膜與導(dǎo)體的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱電阻體的電阻寬度及導(dǎo)體圖形的導(dǎo)體用抗蝕層之后，將該導(dǎo)體用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體及電阻膜去除，并去除該導(dǎo)體用抗蝕層的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱體電阻的電阻長度的開放部用抗蝕層之后，將該開放部用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體去除，形成露出多個發(fā)熱電阻體的開放部的工序；在殘留所述開放部用抗蝕層的狀態(tài)下，在包含所述開放部用抗蝕層及露出的多個發(fā)熱電阻體的基板表面上形成由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層的工序；以及去除所述開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層的工序。
根據(jù)該制造方法，由于絕緣無機氧化物層埋在開放部內(nèi)，覆蓋多個發(fā)熱電阻體的表面，所以由該絕緣無機氧化物層，能夠防止多個發(fā)熱電阻體的表面氧化，同時能夠保護多個發(fā)熱電阻體不受蝕刻或濺射的損害。由此能夠充分抑制由表面氧化或蝕刻損害等所引起的多個發(fā)熱電阻體與發(fā)熱電阻體之間電阻值的偏差。而且，根據(jù)本制造方法，由于電阻膜與導(dǎo)體是連續(xù)成膜，所以在電阻體與導(dǎo)體之間沒有氧化層，因此不會生成由該電阻膜與導(dǎo)體之間的密接不良而產(chǎn)生的發(fā)熱電阻體的電阻值的偏差。由此可以不需要以往的修整處理，所以可使制造工序簡化。而且，不會有頭壽命縮短的缺陷。而且，根據(jù)本制造方法，由于是在露出多個發(fā)熱電阻體的開放部形成之后再形成絕緣無機氧化物層，所以可進行絕緣無機氧化物層及多個發(fā)熱電阻體(發(fā)熱電阻體的電阻長度)的自調(diào)整。進而通過絕緣無機氧化物層不使導(dǎo)體覆蓋在各發(fā)熱電阻體上，所以能夠消除導(dǎo)體被全部覆蓋情況下的熱損失。
在去除所述開放部用抗蝕層與所述絕緣無機氧化物層的工序之后，優(yōu)選具有削去所述導(dǎo)體與所述絕緣無機氧化物層的表面，在該削去的導(dǎo)體與絕緣無機氧化物層上形成保護層的工序。該保護層是用于保護導(dǎo)體與絕緣無機氧化物層在頭動作時不受摩擦的耐磨保護層。在形成該保護層時，先以400以上、2200以下的膜厚成膜形成所述絕緣無機氧化物層，再在所述保護膜形成之前，使用反濺射等方法將所述絕緣無機氧化物層的厚度削去約100，使最終膜厚為200以上、2000以下。
開放部用抗蝕層，優(yōu)選應(yīng)由剝離(lift-off)法可去除開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層、由剝離(lift-off)抗蝕層形成。但是，在導(dǎo)體是由鋁形成的情況下，可以使用底邊角不切入的通常抗蝕層。這是因為鋁導(dǎo)體容易生成側(cè)面蝕刻(side etching)，由導(dǎo)體去除時產(chǎn)生的側(cè)面蝕刻可以嵌入底邊的角，使用通?？刮g層也能夠得到與剝離抗蝕層的情況下同等的開放部形狀。
為了達到低電阻化與低成本化，優(yōu)選導(dǎo)體由鋁導(dǎo)體所形成。優(yōu)選該鋁導(dǎo)體由濕式蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻所去除。而且，優(yōu)選電阻膜能夠由容易高電阻化的Ta-Si-O、TaSiONb、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔點金屬的金屬陶瓷材料所形成，由反應(yīng)性離子蝕刻去除。
然而，根據(jù)上述制造方法，在去除導(dǎo)體及電阻膜的不需要部分后，形成決定發(fā)熱電阻體的電阻長度的開放部用抗蝕層。也就是說，在具有凹凸的膜面上形成開放部用抗蝕層。這樣，就有開放部用抗蝕層不均勻，發(fā)熱電阻體的電阻長度的精度惡化的缺陷。因此為了高精度地決定發(fā)熱電阻體的電阻長度，優(yōu)選采用以下的制造方法。
也就是說，在本發(fā)明的其它的形式的制造方法中，其特征在于具有以下工序在基板上連續(xù)形成電阻膜與導(dǎo)體的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱電阻體的電阻長度的開放部用抗蝕層，將該開放部用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體去除，形成露出多個發(fā)熱電阻體的開放部的工序；在殘留所述開放部用抗蝕層的狀態(tài)下，在包含所述開放部用抗蝕層及所述露出的多個發(fā)熱電阻體的基板表面上，形成由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層的工序；在去除所述開放部用抗蝕層以及所述開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層后，在基板表面上形成決定發(fā)熱電阻體的電阻寬度及導(dǎo)體圖形的導(dǎo)體用抗蝕層的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的導(dǎo)體的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的絕緣無機氧化物層的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的電阻膜的工序；以及去除所述導(dǎo)體用抗蝕層的工序。
根據(jù)該制造方法，能夠在平坦的導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱電阻體電阻長度的開放部用抗蝕層。由此，能夠正確地形成露出多個發(fā)熱電阻體的開放部，可以高精度地規(guī)定發(fā)熱電阻體的電阻長度。
在去除所述導(dǎo)體用抗蝕層的工序之后，優(yōu)選具有削去所述導(dǎo)體與所述絕緣無機氧化物層的表面，在該削去的導(dǎo)體與絕緣無機氧化物層上形成保護層的工序。優(yōu)選在形成該保護層時，先以400以上、2200以下的膜厚成膜形成所述絕緣無機氧化物層，再在所述保護膜形成之前，使用反濺射等方法將所述絕緣無機氧化物層的厚度削去約100，使最終膜厚為200以上、2000以下。
開放部用抗蝕層，優(yōu)選應(yīng)由剝離法可除去開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層，由剝離抗蝕層形成。但是，在導(dǎo)體是由鋁形成的情況下，可以使用底邊角不切入的通?？刮g層。這是因為鋁導(dǎo)體容易生成側(cè)面蝕刻，由導(dǎo)體去除時產(chǎn)生的側(cè)面蝕刻可以切入底邊的角，使用通?？刮g層也能夠得到與剝離抗蝕層的情況下同等的開放部形狀。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的熱敏頭的剖視圖。
圖2是表示圖1中的熱敏頭(形成保護層之前狀態(tài))的俯視圖。
圖3是對于具有或不具有絕緣無機氧化物層的熱敏頭，表示電阻值隨施加電力變化的測定結(jié)果(耐脈沖特性)的曲線圖。
圖4是表示當改變具有絕緣無機氧化物層的熱敏頭的保護層的膜厚時，電阻值隨施加電力變化的測定結(jié)果(耐脈沖特性)的曲線圖。
圖5是表示圖1所示熱敏頭的制造方法的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖6是表示圖5所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖7是表示圖6所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖8是表示圖7所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖9是表示圖8所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖10是表示本發(fā)明第二實施例中熱敏頭的制造方法的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖11是表示圖10所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖12是表示圖11所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖13是表示圖12所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖14是表示圖13所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖15是表示圖14所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖16是表示圖15所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖17是表示圖16所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖18是表示圖17所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。
圖19是表示圖18所示工序的下一步進行的一個工序，(a)是剖視圖(本發(fā)明第二實施例的熱敏頭的剖視圖)，(b)是俯視圖。
圖20是表示不具有絕緣無機氧化物層的以往的熱敏頭的剖視圖。
圖中1-熱敏頭，2-釉(glaze)保溫層，3-氧化鋁基板，4-電阻膜，4a-發(fā)熱電阻體，5-導(dǎo)體，5a-共用電極(common電極)，5b-專用電極，6-間隔區(qū)域(孔穴部)，7-開放部(孔穴部)，8-保護層，10-絕緣無機氧化物層。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的熱敏頭1的剖視圖，圖2是表示熱敏頭1(除去保護層8)的俯視圖。熱敏頭1設(shè)置有連續(xù)成膜在具有釉保溫層(玻璃)2的氧化鋁基板3上的多個發(fā)熱電阻體4a，和用于使多個發(fā)熱電阻體4a通電的導(dǎo)體(電極)5。
多個發(fā)熱電阻體4a，由金屬陶瓷材料在釉保溫層2上形成，如圖2所示，在鄰接的多個發(fā)熱電阻體4a之間設(shè)置有限制發(fā)熱電阻體4a的電阻寬度W的間隔區(qū)域(gap區(qū)域)6。間隔區(qū)域6，是沿著與發(fā)熱電阻體4a的長方向(圖1及圖2中的左右方向)相平行的方向而細長延伸而形成的孔穴部。在圖2中，從該間隔區(qū)域6露出釉保溫層2。
在導(dǎo)體5上，形成露出多個發(fā)熱電阻體4a的、截面為倒梯形的開放部7。通過該開放部7，導(dǎo)體5被分為與全部的發(fā)熱電阻體4a導(dǎo)通的一個共用電極5a及與各發(fā)熱電阻體4a單獨導(dǎo)通的多個專用電極5b，并分別與發(fā)熱電阻體4a的電阻長方向的兩端相導(dǎo)通。各專用電極5b的電極寬度由間隔區(qū)域6所限制，發(fā)熱電阻體4a的電阻長度L由開放部7所限制。導(dǎo)體5，例如優(yōu)選由鋁導(dǎo)體所構(gòu)成。
在上述導(dǎo)體5的開放部7內(nèi)埋入絕緣無機氧化物層10。絕緣無機氧化物層10覆蓋多個發(fā)熱電阻體4a的表面，在防止發(fā)熱電阻體4a的表面氧化的同時，還是保護發(fā)熱電阻體4a免受制造過程中由蝕刻引起損害的保護層。絕緣無機氧化物層10優(yōu)選由具有絕緣性的無機氧化物形成，具體地講，可由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3等形成厚度為200以上、2000以下的膜。在沿著發(fā)熱電阻體4a的長方向?qū)⒔^緣無機氧化物層10切斷時，絕緣無機氧化物層10的截面形狀，是由沿導(dǎo)體5與發(fā)熱電阻體4a相接一側(cè)的端部(傾斜面)呈尖銳形的兩端部與夾在該兩端部之間的平坦的中央部所構(gòu)成的略凹形狀。
在絕緣無機氧化物層10及導(dǎo)體5上，例如由SiAlON或Ta2O5等耐磨性材料形成保護層8。通過該保護層8，能夠保護絕緣無機氧化物層10及導(dǎo)體5不受頭工作時所產(chǎn)生摩擦的影響。在熱敏頭1中，進而還設(shè)置有用于通電控制發(fā)熱電阻體4a的驅(qū)動IC或PCB(Print Circuit Board)等(未圖示)。該熱敏頭1搭載于光敏式打印機或熱敏式打印機等上，通過將發(fā)熱電阻體4a所產(chǎn)生的熱給予熱敏紙或紙帶(ind ribbon)，進行打印。
在具有以上整體結(jié)構(gòu)的熱敏頭1中，絕緣無機氧化物層10除了具有防止發(fā)熱電阻體4a表面氧化的功能及保護發(fā)熱電阻體4a不受蝕刻損害的功能之外，還具有能夠抑制由施加電力而引起發(fā)熱電阻體4a的電阻值變化的功能。
以下對絕緣無機氧化物層10的抑制由施加電力而引起發(fā)熱電阻體4a的電阻值變化的功能加以說明。
圖3是分別對于具有絕緣無機氧化物層10的熱敏頭1(圖1)與不具有絕緣無機氧化物層的熱敏頭1’(圖20)，表示發(fā)熱電阻體4a的電阻值隨施加于發(fā)熱電阻體4a的電力的大小而變化的測定的步進應(yīng)力試驗(SST)結(jié)果。對各熱敏頭1、1’，予先在試驗前(電阻膜及導(dǎo)體5剛成膜后)實施退火處理(500℃)。另外，各熱敏頭1、1’所具有的保護層的膜厚均為4.0μm，熱敏頭1所具有的絕緣無機氧化物層10是SiO2膜(膜厚為600)。
上述步進應(yīng)力試驗是在以下條件下進行的。
(SST條件)施加脈沖寬度＝4.3ms施加脈沖周期＝22.8ms
施加脈沖次數(shù)＝700次脈沖在圖3中，縱坐標是電阻變化率(％)，橫坐標是施加電力(W)。從圖3可以看出，不具有絕緣無機氧化物層的頭1’的電阻值，在0～0.05W保持一定，電阻值在施加電力超過0.05W時開始下降，在施加電力為0.15W時達到最小值。在達到該最小值時，電阻變化率約為-30％。而且，當施加電力超過0.15W時，電阻值急劇增大。與此相比，具有絕緣無機氧化物層10的頭1的電阻值，在0～0.12W保持一定，電阻值在施加電力超過0.12W時開始下降，在施加電力為0.19W時達到最小值。在達到該最小值時，電阻變化率約為-10％。而且，當施加電力超過0.19W時，電阻值急劇增大。
然而，熱敏頭一般應(yīng)防止發(fā)熱電阻體的破壞，必須在其電阻值一定的施加電力范圍內(nèi)工作。也就是說，由于熱敏頭的電阻對于施加電力的變化值越小，則使該電阻值一定所施加的電力范圍越大，所以對熱敏頭所可以施加的電力也就越大，熱敏頭能夠更高速地工作。
比較圖3所示的不具有絕緣無機氧化物層的情況(熱敏頭1’)與具有絕緣無機氧化物層10的情況(熱敏頭1)的結(jié)果可知，雖然初期的電阻值幾乎相等，但對于施加電力時，具有絕緣無機氧化物層的情況下電阻率的變化，比不具有絕緣無機氧化物層的情況要小。由此，使熱敏頭的電阻值一定時所施加的電力范圍，在具有絕緣無機氧化物層的情況下為0～0.12W，而不具有絕緣無機氧化物層的情況下為0～0.05W，具有絕緣無機氧化物層的情況下所施加的電力范圍要大，具體說來，是大約2倍(0.12W/0.05W)。
圖4是表示當具有絕緣無機氧化物層的熱敏頭的保護層的膜厚變化時，步進應(yīng)力的試驗結(jié)果。在圖4中，表示的是保護層的膜厚為2.0μm、4.0μm、6.0μm情況下的結(jié)果。使用SiO2膜(膜厚600)作為絕緣無機氧化物層，在試驗前(電阻膜及導(dǎo)體5剛成膜后)實施退火處理(500℃)。還有，SST試驗的條件，與圖3中所實施的步進應(yīng)力試驗相同。
在圖4中，縱坐標是電阻變化率(％)，橫坐標是施加電力(W)。從圖4可以看出，即使保護層的厚度不同，電阻對于施加電力的變化率也幾乎相等。也就是說，電阻變化率不依賴于施加電力。
從以上圖3及圖4所示的結(jié)果，本發(fā)明人可以看出，通過絕緣無機氧化物層的存在，能夠抑制由施加電力所引起的電阻值的變化。至于絕緣無機氧化物層怎樣抑制電阻值的變化，可以進行以下的推測。
在向熱敏頭所施加的電力增大時，首先，由該施加的電力引起發(fā)熱電阻體的溫度上升，由該溫度的上升使發(fā)熱電阻體成為退火狀態(tài)。此時，如果在發(fā)熱電阻體不存在絕緣無機氧化物層，則上述退火能夠促進構(gòu)成發(fā)熱電阻體(電阻膜)的元素的結(jié)晶化，由于該元素的規(guī)則(有序)化，熱敏頭的電阻值就會如圖3中實線A所示那樣下降。但是，如果在發(fā)熱電阻體存在絕緣無機氧化物層，則由于溫度的上升，在退火的同時，絕緣無機氧化物層中的氧會活化或氧化物會發(fā)生擴散。而且，該的活化的氧或擴散氧化物會阻礙構(gòu)成發(fā)熱電阻體的元素的結(jié)晶化，延緩該結(jié)晶化。其結(jié)果是，如圖3中實線B所示，就會抑制熱敏頭的電阻值的下降(能夠維持電阻值)。還有，從某一電力值起熱敏頭的電阻值開始急劇增大，可以認為是因為發(fā)熱電阻體(電阻膜)開始氧化及晶體結(jié)合開始破壞。
接著，對圖1所示的熱敏頭的制造方法的一個實施例加以說明。圖5～圖9是表示圖1所示熱敏頭的制造方法的一個工序，(a)是剖視圖，(b)是俯視圖。在本實施例中，是使用具有釉保溫層2的氧化鋁基板3(上釉的氧化鋁基板)作為基板。
首先，如圖5(a)、(b)所示，在同一真空中，在釉保溫層2上，連續(xù)成膜全面形成電阻膜4與導(dǎo)體5。成膜可以采用濺射法或真空鍍膜法等。電阻膜4優(yōu)選由容易高電阻化的Ta-Si-O、TaSiONb、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔點金屬的金屬陶瓷材料所形成。導(dǎo)體5優(yōu)選由鋁所形成。由于電阻膜4與導(dǎo)體5是在同一真空中連續(xù)成膜，所以在電阻膜4與導(dǎo)體5之間不存在氧化膜，電阻膜4與導(dǎo)體5能夠?qū)崿F(xiàn)良好的緊密結(jié)合。
在連續(xù)成膜形成電阻膜4與導(dǎo)體5之后，實施退火處理。該退火處理是為了減少頭開始使用后的發(fā)熱電阻體4a的電阻變化，而預(yù)先施加大的熱負荷，使電阻膜4的電阻值穩(wěn)定的加速處理。
接著，如圖6(a)、(b)所示，使用光刻技術(shù)，在導(dǎo)體5上形成決定應(yīng)形成的發(fā)熱電阻體的電阻寬度W及導(dǎo)體圖形的、導(dǎo)體用抗蝕層(未圖示)，將導(dǎo)體用抗蝕層所未覆蓋部分的導(dǎo)體5及電阻膜4去除，剝掉玻璃導(dǎo)體用抗蝕層。在該工序中去除了導(dǎo)體5及電阻膜4的范圍是間隔區(qū)域6，如圖6(b)所示，從該間隔區(qū)域6露出釉保溫層2。去除導(dǎo)體5時可以使用濕式蝕刻或RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，去除電阻膜4時可以使用RIE。
接著，如圖7(a)、(b)所示，在導(dǎo)體5上形成決定應(yīng)形成的發(fā)熱電阻體的電阻長度L的開放部用抗蝕層Rr。由濕式蝕刻或RIE將該開放部用抗蝕層Rr所未覆蓋的導(dǎo)體5去除，形成截面為倒梯形的開放部7。此時，導(dǎo)體5(共用電極5a及多個專用電極5b)的開放部7一側(cè)的端部為傾斜面。通過到該圖7為止的工序，露出決定了電阻長度L及電阻寬度W的多個發(fā)熱電阻體4a，同時，導(dǎo)體5分為共用電極5a及專用電極5b。也就是說，多個發(fā)熱電阻體4a及導(dǎo)體5成為圖1及圖2所示的完成狀態(tài)。最好所述開放部用抗蝕層Rr是剝離(lift-off)抗蝕層。但是，在導(dǎo)體5是由鋁形成的情況下，即使是通常抗蝕層(底邊的角未切去的抗蝕層)，在濕式蝕刻或RIE時，由于在導(dǎo)體5上也進行側(cè)面蝕刻，能夠得到與圖7(a)所示的剝離抗蝕層的情況幾乎同等的開放部形狀，所以即使是通常的抗蝕層也可以。
如果露出多個發(fā)熱電阻體4a，則如圖8(a)、(b)所示，在殘留開放部用抗蝕層Rr的狀態(tài)下全面成膜形成絕緣無機氧化物層10。成膜可以采用濺射或離子束濺射等方法。其后，如圖9(a)、(b)所示，通過剝離將開放部用抗蝕層Rr及開放部用抗蝕層Rr上的絕緣無機氧化物層10去除。由該工序，在導(dǎo)體5的開放部7內(nèi)埋入絕緣無機氧化物層10，由該絕緣無機氧化物層10，覆蓋露出的多個發(fā)熱電阻體a。絕緣無機氧化物層10的截面形狀，如圖9(a)所示，是由沿導(dǎo)體5的與發(fā)熱電阻體4a相接一側(cè)的端部(傾斜面)呈尖銳形的兩端部及夾在該兩端部之間的平坦的中央部所構(gòu)成的略凹形狀。
優(yōu)選絕緣無機氧化物層10由具有絕緣性的無機氧化物所形成，具體地講，可以由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3等中的任意一種所形成。而且，優(yōu)選絕緣無機氧化物層10形成厚度為400以上、2200以下的膜。
接著，為了提高與后工序所形成的保護膜的緊密配合性，由反濺射等將絕緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5去除規(guī)定厚度，露出絕緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5的新的膜面。在該反濺射工序中，由于由絕緣無機氧化物層10覆蓋多個發(fā)熱電阻體4a，所以發(fā)熱電阻體4a不會受到蝕刻損害，從而不生成發(fā)熱電阻體4a的電阻值的偏差。在本實施例中，由該工序?qū)⒔^緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5去除大約100的厚度，最后調(diào)整絕緣無機氧化物層10的厚度為200以上、2000以下的范圍內(nèi)。只要在該范圍內(nèi)，絕緣無機氧化物層10就能夠充分發(fā)揮防止多個發(fā)熱電阻體4a表面氧化的功能、保護多個發(fā)熱電阻體4a不被蝕刻所損害的功能、以及在頭完成后抑制由于施加電力而引起的發(fā)熱電阻體4a的電阻值變化的功能。
而且，在露出的絕緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5的新的膜面上，形成由SiAlON或Ta2O5等耐磨性材料所構(gòu)成保護膜8。該保護膜8的形成可以采用偏置濺射法(bias spatter)。通過以上的工序，可以得到如圖1所示的熱敏頭1。
然而，根據(jù)上述制造方法，是在決定了發(fā)熱電阻體的電阻寬度W及導(dǎo)體圖形之后，形成決定發(fā)熱電阻體的電阻長度的開放部用抗蝕層Rr。在這種情況下，存在露出釉保溫層2的間隔區(qū)域6，在具有凹凸的膜面上形成開放部用抗蝕層Rr。因此，均勻形成開放部用抗蝕層Rr比較困難，有對于遵照設(shè)計的開放部的形狀發(fā)生偏離的情況。即具有不能高精度地規(guī)定發(fā)熱電阻體的電阻長度的缺陷。因此，為了實現(xiàn)發(fā)熱電阻體的電阻長度的高精度化，最好使用后面要敘述的第二實施例的制造方法。
圖10～圖19是表示本發(fā)明第二實施例中熱敏頭的制造方法的(a)剖視圖，(b)俯視圖。該第二實施例的制造方法是一種如下的方法，即在平坦的膜上形成開放部用抗蝕層Rr，使用該開放部用抗蝕層Rr高精度地規(guī)定發(fā)熱電阻體的電阻長度L。在圖10～圖19中，對于與第一實施例中實質(zhì)上相同的構(gòu)成要素，賦予與圖1、圖2、圖5～圖9中相同的符號。在第二實施例中，也是使用具有釉保溫層2的氧化鋁基板3(上釉的氧化鋁基板)作為基板。
首先，與第一實施例(圖5)相同，在釉保溫層2上，在同一真空中，以連續(xù)成膜的方式全面形成電阻膜4與導(dǎo)體5，之后實施退火處理。成膜可以采用濺射法或真空鍍膜法等。最好電阻膜4能夠由容易高電阻化的Ta-Si-O、TaSiONb、Ti-Si-O、Cr-Si-O等高熔點金屬的金屬陶瓷材料所形成。優(yōu)選導(dǎo)體5由鋁所形成。由于電阻膜4與導(dǎo)體5是在同一真空中連續(xù)成膜，所以在電阻膜4與導(dǎo)體5之間不存在氧化膜，電阻膜4與導(dǎo)體5能夠?qū)崿F(xiàn)良好的緊密配合。
接著，如圖10(a)、(b)所示，在導(dǎo)體5上形成決定應(yīng)形成的發(fā)熱電阻體的電阻長度L的開放部用抗蝕層Rr。此時，由于導(dǎo)體5的表面是平坦的，所以能夠正確地形成開放部用抗蝕層Rr。接著，如圖11(a)、(b)所示，由濕式蝕刻或RIE去除該開放部用抗蝕層Rr所未覆蓋的導(dǎo)體5，形成截面為倒梯形的開放部7。從該開放部7露出決定了電阻長度L的多個發(fā)熱電阻體4a’，另外，由該開放部7，將導(dǎo)體5分為共用電極5a及專用電極5b。
最好所述開放部用抗蝕層Rr由剝離抗蝕層所形成。但是，在導(dǎo)體5是由鋁形成的情況下，即使是通?？刮g層(底邊的角未切入的抗蝕層)，在濕式蝕刻或RIE時，由于在導(dǎo)體5上也產(chǎn)生側(cè)面蝕刻，能夠得到與使用圖11(a)所示的剝離抗蝕層的情況幾乎同等的開放部形狀，所以即使是通常的抗蝕層也可以。
如果多個發(fā)熱電阻體4a′露出，則如圖12(a)、(b)所示，以殘留開放部用抗蝕層Rr的狀態(tài)，全面成膜形成絕緣無機氧化物層10。成膜可以采用濺射或離子束蝕刻等方法。其后，如圖13(a)、(b)所示，通過剝離將開放部用抗蝕層Rr及開放部用抗蝕層Rr上的絕緣無機氧化物層10去除。通過圖12及圖13所示的工序，在導(dǎo)體5的開放部7內(nèi)埋入絕緣無機氧化物層10，由該絕緣無機氧化物層10，覆蓋露出的發(fā)熱電阻體4a′的表面。如圖13(a)所示，絕緣無機氧化物層10的截面形狀，是由沿導(dǎo)體5的開放部一側(cè)的端部(傾斜面)呈尖銳形的兩端部以及夾在該兩端部之間的平坦的中央部所構(gòu)成的略凹形狀。
與第一實施例同樣，優(yōu)選絕緣無機氧化物層10由具有絕緣性的無機氧化物所形成，具體地講，可以由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一種所形成。而且，優(yōu)選絕緣無機氧化物層10形成厚度為400以上、2200以下的膜。
接著，如圖14(a)、(b)所示，在導(dǎo)體5及絕緣無機氧化物層10上形成決定應(yīng)形成的發(fā)熱電阻體的電阻寬度W及導(dǎo)體圖形的導(dǎo)體用抗蝕層Re。如圖15(a)、(b)所示，如果形成導(dǎo)體用抗蝕層，則由濕式蝕刻或RIE去除從導(dǎo)體用抗蝕層Re露出的導(dǎo)體5，從去除部分露出電阻膜4。接著，如圖16(a)、(b)所示，由濕式蝕刻或RIE去除從導(dǎo)體用抗蝕層Re所露出的絕緣無機氧化物層10，從該去除部分露出電阻膜4。而且，如圖17(a)、(b)所示，通過RIE去除從導(dǎo)體用抗蝕層Re所露出的電阻膜4。由以上圖14～圖17的工序去除了電阻膜4、導(dǎo)體5、及絕緣無機氧化物層10的范圍，是間隔區(qū)域6。如圖17(b)所示，從該間隔區(qū)域6露出釉保溫層2。由該間隔區(qū)域6，將發(fā)熱電阻體4a′分為多個發(fā)熱電阻體4a，并規(guī)定各發(fā)熱電阻體4a的電阻寬度。
在形成間隔區(qū)域6之后，剝離導(dǎo)體用抗蝕層Re。如圖18(a)、(b)所示，從導(dǎo)體用抗蝕層Re的去除部分，露出共用電極5a與多個專用電極5b，進而露出覆蓋各發(fā)熱電阻體4a表面的絕緣無機氧化物層10。
在去除導(dǎo)體用抗蝕層Re之后，與第一實施例同樣，由反濺射等方法將絕緣無機氧化物層10及導(dǎo)體5僅去除規(guī)定厚度，露出該絕緣無機氧化物層10及導(dǎo)體5的新的膜面。在該反濺射工序中，由于由絕緣無機氧化物層10覆蓋多個發(fā)熱電阻體4a，所以發(fā)熱電阻體4a不會受到蝕刻損害，從而不產(chǎn)生發(fā)熱電阻體4a的電阻值的偏差。在該工序中，將絕緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5去除大約100的厚度，最后調(diào)整絕緣無機氧化物層10的厚度為200以上、2000以下的范圍內(nèi)。
而且，如圖19(a)、(b)所示，在露出的絕緣無機氧化物層10和導(dǎo)體5的新的膜面上，形成由SiAlON或Ta2O5等耐磨性材料所構(gòu)成保護膜8。保護膜8的形成可以采用偏置濺射法。通過以上的工序，可以得到熱敏頭100。在由第二實施例所制得的熱敏頭100中，絕緣無機氧化物層10僅在各發(fā)熱電阻體4a上存在。
在以上的各實施例中，由于利用開放部用抗蝕層Rr來形成露出多個發(fā)熱電阻體4a的開放部7，在殘留該開放部用抗蝕層Rr的狀態(tài)下成膜形成絕緣無機氧化物層10，所以可將絕緣無機氧化物層10埋入開放部7內(nèi)。這樣，由于多個發(fā)熱電阻體4a的表面被絕緣無機氧化物層10所覆蓋，所以在后面的工序中，由絕緣無機氧化物層10，能夠防止多個發(fā)熱電阻體4a的表面氧化，同時，還能夠保護多個發(fā)熱電阻體4a不受蝕刻或濺射產(chǎn)生的損害。也就是說，能夠充分抑制由表面氧化或蝕刻損害所引起的多個發(fā)熱電阻體4a電阻值的偏差。由此，可無需以往的修整處理等，也沒有縮短頭壽命的缺陷。
而且，在所述各實施例中，由于在開放部7形成之后再形成絕緣無機氧化物層10，所以絕緣無機氧化物層10及多個發(fā)熱電阻體4a(多個發(fā)熱電阻體4a的電阻長度)可以實現(xiàn)自調(diào)節(jié)(self alignment)。進而，通過絕緣無機氧化物層10不使導(dǎo)體5覆蓋各發(fā)熱電阻體4a上，能夠消除使導(dǎo)體5覆蓋的情況下的熱損失。在本實施例中，導(dǎo)體寬度及電阻寬度也能夠?qū)崿F(xiàn)自調(diào)節(jié)。
而且，在所述各實施例中，由于是在同一真空中對電阻膜4與導(dǎo)體5進行連續(xù)成膜，所以電阻膜4與導(dǎo)體5之間沒有氧化層的存在，因此能夠消除由該電阻膜4與導(dǎo)體5之間的密接不良等原因所引起的發(fā)熱電阻體4a的電阻值的偏差。
進而，根據(jù)上述各實施例，由于在多個發(fā)熱電阻體4a上存在有厚度為200以上、2000以下的絕緣無機氧化物層10，所以在施加電力增大時，能夠延遲由該增大的電力所引起的退火效果(構(gòu)成發(fā)熱電阻體4a的元素的結(jié)晶化)。其結(jié)果，熱敏頭的電阻值相對施加電力的變化，比不具有絕緣無機氧化物層的熱敏頭要小。也就是說，即使是施加更大的電力，該電阻值也能夠維持一定，所以能夠?qū)崿F(xiàn)熱敏頭的更高速的工作。
在以上的各實施例中，雖然是關(guān)于釉保溫層2在氧化鋁基板3上全面形成的上釉型熱敏頭1進行了說明，但是本發(fā)明也適用于局部上釉(glaze)或?qū)嵾吘?real edge)，雙面上釉(double glaze)、DOS(DepositOnSilicon)等其它類型。
另外，在本實施例中使用氧化鋁作為頭基板，但也可以使用二氧化硅基板來取代氧化鋁基板。在使用二氧化硅基板的情況下，最好使用由氧化物的真空鍍膜或濺射膜構(gòu)成的保溫層作為保溫層。
根據(jù)本發(fā)明，由于在露出多個發(fā)熱電阻體的開放部內(nèi)埋入有絕緣無機氧化物層，所以由該絕緣無機氧化物層對多個發(fā)熱電阻體的表面進行覆蓋，能夠防止多個發(fā)熱電阻體的表面氧化，同時，還能夠保護多個發(fā)熱電阻體不受蝕刻的損害。由此，能夠抑制多個發(fā)熱電阻體之間的電阻值的偏差，并且不需要修整處理。而且，根據(jù)本發(fā)明，由于在多個發(fā)熱電阻體存在有絕緣無機氧化物層，所以能夠抑制由于施加電力而引起的退火效果(構(gòu)成發(fā)熱電阻體的元素的結(jié)晶化)，減小發(fā)熱電阻體的電阻值相對于施加電力的變化。
權(quán)利要求
1.一種熱敏頭，具有在基板上連續(xù)成膜的、多個發(fā)熱電阻體及分別與多個發(fā)熱電阻體的電阻長方向的兩端部導(dǎo)通的導(dǎo)體，其特征在于在所述導(dǎo)體上形成使所述多個發(fā)熱電阻體的表面露出的開放部，在該開放部內(nèi)，設(shè)置由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏頭，其特征在于所述絕緣無機氧化物層是由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一種形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏頭，其特征在于還具有在所述絕緣無機氧化物層及所述導(dǎo)體上形成的保護層，所述絕緣無機氧化物層的厚度為200以上、2000以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏頭，其特征在于在沿著所述電阻發(fā)熱體的電阻長方向切斷所述絕緣無機氧化物層時，所述開放部的截面形狀呈略倒梯形，所述絕緣無機氧化物層的截面形狀，與所述導(dǎo)體相接的兩端部呈尖銳形，夾在兩端部之間的中央部分呈平坦的略凹形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏頭，其特征在于所述導(dǎo)體是鋁導(dǎo)體。
6.一種熱敏頭的制造方法，其特征在于具有以下工序在基板上連續(xù)成膜形成電阻膜及導(dǎo)體的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱電阻體的電阻寬度及導(dǎo)體圖形的導(dǎo)體用抗蝕層之后，去除該導(dǎo)體用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體及電阻膜，并去除該導(dǎo)體用抗蝕層的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱體電阻的電阻長度的開放部用抗蝕層之后，去除該開放部用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體，形成使多個發(fā)熱電阻體露出的開放部的工序；在殘留所述開放部用抗蝕層的狀態(tài)下，在包含所述開放部用抗蝕層及露出的多個發(fā)熱電阻體的基板表面上形成由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層的工序；以及去除所述開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一種形成所述絕緣無機氧化物層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于在去除所述開放部用抗蝕層與所述絕緣無機氧化物層的工序之后，具有削去所述導(dǎo)體與所述絕緣無機氧化物層的表面，在該削去的導(dǎo)體與絕緣無機氧化物層上形成保護層的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于先以400以上、2200以下的膜厚成膜形成所述絕緣無機氧化物層，再在所述保護膜形成的工序中，將所述絕緣無機氧化物層的厚度削為200以上、2000以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于由剝離抗蝕層形成所述開放部用抗蝕層，由剝離法去除該開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于所述導(dǎo)體由鋁導(dǎo)體形成，由濕式蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻去除。
12.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于由反應(yīng)性離子蝕刻去除所述電阻膜。
13.一種熱敏頭的制造方法，其特征在于具有以下工序在基板上連續(xù)成膜形成電阻膜與導(dǎo)體的工序；在所述導(dǎo)體上形成決定發(fā)熱電阻體的電阻長度的開放部用抗蝕層，去除該開放部用抗蝕層所未覆蓋的導(dǎo)體并形成使多個發(fā)熱電阻體露出的開放部的工序；在殘留所述開放部用抗蝕層的狀態(tài)下，在包含所述開放部用抗蝕層及所述露出的多個發(fā)熱電阻體的基板表面上，形成由具有絕緣性的無機氧化物所構(gòu)成的絕緣無機氧化物層的工序；在去除所述開放部用抗蝕層以及所述開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層后，在基板表面形成決定發(fā)熱電阻體的電阻寬度及導(dǎo)體圖形的導(dǎo)體用抗蝕層的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的導(dǎo)體的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的絕緣無機氧化物層的工序；去除從所述導(dǎo)體用抗蝕層露出的電阻膜的工序；以及去除所述導(dǎo)體用抗蝕層的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于由SiO2、SiON、AlSiO、Al2O3中的任意一種形成所述絕緣無機氧化物層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于在去除所述導(dǎo)體用抗蝕層的工序之后，具有削去所述導(dǎo)體與所述絕緣無機氧化物層的表面，在該削去的導(dǎo)體與絕緣無機氧化物層上形成保護層的工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于先以400以上、2200以下的膜厚成膜形成所述絕緣無機氧化物層，再在所述保護膜形成的工序中，將所述絕緣無機氧化物層的厚度削為200以上、2000以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于由剝離抗蝕層形成所述開放部用抗蝕層，由剝離法去除該開放部用抗蝕層及該開放部用抗蝕層上的絕緣無機氧化物層。
18.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于在該制造方法中，所述導(dǎo)體由鋁導(dǎo)體形成，由濕式蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻去除。
19.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的熱敏頭的制造方法，其特征在于在該制造方法中，所述電阻膜是由反應(yīng)性離子蝕刻去除。
全文摘要
一種熱敏頭及其制造方法，在包括具有釉保溫層(2)的氧化鋁基板(3)上連續(xù)成膜的、多個發(fā)熱電阻體(4a)以及分別與多個發(fā)熱電阻體(4a)的電阻長方向兩端部導(dǎo)通的導(dǎo)體(5)的熱敏頭(1)中，在導(dǎo)體(5)上形成露出多個發(fā)熱電阻體(4a)的表面的開放部(7)，在該開放部(7)內(nèi)，設(shè)置有由具有絕緣性的無機氧化物，例如由SiO
文檔編號B41J2/335GK1500645SQ200310114109
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者佐藤清 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社