(57)【要約】【課題】  ＳｉＯＮ膜の酸素と窒素の組成比の制御性に優れ、機械的強度、耐食性、被覆性等に優れたＳｉＯＮ膜の積層方法を提供する。【解決手段】  抵抗膜又は配線膜が形成された基材にＳｉＯＮ膜を複数積層する方法であって、Ｓｉ膜を成膜した後に導入される酸素ガス及び窒素ガスの混合比を変化させることにより、前記ＳｉＯＮ膜の窒素及び酸素の組成比の異なるＳｉＯＮ膜を複数積層することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗膜又は配線膜が形成された基材にＳｉＯＮ膜を複数積層する方法であって、Ｓｉ膜を成膜した後に導入される酸素ガス及び窒素ガスの混合比を変化させることにより、前記ＳｉＯＮ膜の窒素及び酸素の組成比の異なるＳｉＯＮ膜を複数積層することを特徴とするＳｉＯＮ膜の積層方法。
【請求項２】
表層側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を、前記基材側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＯＮ膜の積層方法。
【請求項３】
窒素の組成比の低い前記ＳｉＯＮ膜と、窒素の組成比の高い前記ＳｉＯＮ膜とを交互に積層することを特徴とする請求項２に記載のＳｉＯＮの積層方法。
【請求項４】
前記基材側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を５０％以上９０％未満とすることを特徴とする請求項２に記載のＳｉＯＮ膜の積層方法。
【請求項５】
最表層の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を９０％以上とすることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のＳｉＯＮ膜の積層方法。
【請求項６】
前記抵抗膜又は前記配線膜に積層される前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を５０％とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のＳｉＯＮ膜の積層方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＯＮ膜の積層方法に関し、主としてサーマルヘッドに利用される発熱抵抗膜や配線膜等を保護するために積層されるＳｉＯＮ膜の積層方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＯＮ薄膜は、基材上に薄膜状に形成される発熱抵抗体や電極配線の保護膜として使用され、例えば、特許文献１や特許文献２において開示がなされている。このような保護膜は通常３μｍ〜５μｍの範囲の膜厚であり、機械的な強度や耐食性、或いは、基材に設けられている電気配線や発熱抵抗体を被覆する部位とそうではない部位とをつなぐ部分、即ち、段差部にクラックが生じないような被覆性能等が要求される。
しかしながら、ＳｉＯＮターゲットを使用してＳｉＯＮ膜を形成する場合には、ＳｉＯＮ膜の組成のコントロールが困難であるために、要求される機械的強度、耐食性や被覆性能等が十分ではないという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開2000-246929号公報
【特許文献２】特開2000-62229号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明では、ＳｉＯＮ膜の酸素と窒素の組成比の制御性に優れ、機械的強度、耐食性、被覆性等に優れたＳｉＯＮ膜の積層方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見いだした。
本発明のＳｉＯＮ膜の積層方法は、請求項１に記載の通り、抵抗膜又は配線膜が形成された基材にＳｉＯＮ膜を複数積層する方法であって、Ｓｉ膜を成膜した後に導入される酸素ガス及び窒素ガスの混合比を変化させることにより、前記ＳｉＯＮ膜の窒素及び酸素の組成比の異なるＳｉＯＮ膜を複数積層することを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のＳｉＯＮ膜の積層方法において、表層側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を、前記基材側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比よりも高くすることを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のＳｉＯＮ膜の積層方法において、窒素の組成比の低い前記ＳｉＯＮ膜と、窒素の組成比の高い前記ＳｉＯＮ膜とを交互に積層することを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項２に記載のＳｉＯＮ膜の積層方法において、前記基材側の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を５０％以上９０％未満とすることを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のＳｉＯＮ膜の積層方法において、最表層の前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を９０％以上とすることを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１乃至５の何れかに記載のＳｉＯＮ膜の積層方法において、前記抵抗膜又は前記配線膜に積層される前記ＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を５０％とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の方法によれば、Ｓｉ膜形成と、酸化及び窒化とを分けて行うことにより、膜組成比の制御が容易となり所望の組成比のＳｉＯＮ膜を得ることができる。また、抵抗膜側又は配線膜側のＳｉＯＮ膜の窒素の組成比を低くし、その反対側の窒素の組成比を高くする層構造を備えるようにＳｉＯＮ膜を積層することにより、抵抗膜又は配線膜への密着性が高く、クラックが生じる確率を抑えた被覆性及び機械的強度に優れたＳｉＯＮ膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、基材上に設けられた抵抗膜又は配線膜上にＳｉＯＮ膜を積層するものである。
前記基材としては、特に制限はないが、例えば、グレーズドセラミック基材等を使用することができる。また、基材上に設けられる抵抗膜や配線膜の材料及び成膜方法についても特に制限はないが、例えば、抵抗膜としては、Ta-SiO2,TaN,Cr-SiO2等を成膜し、配線膜としては、アルミニウム等の薄膜により形成することができる。
【０００８】
上記基材にＳｉ膜を成膜するには、Ｓｉターゲットを備えたスパッタ成膜源をスパッタする。その後、前記Ｓｉ膜の近傍に酸素ガスと窒素ガスとを導入し、酸化と窒化を行いＳｉＯＮ膜に変換する。
その際、本発明では、ＳｉＯＮ膜を構成する酸素と窒素の組成比を、導入される酸素ガスと窒素ガスの量を調整し、窒素の組成比が低い層を抵抗膜又は配線膜側とし、窒素の組成比が高い層を表層側となるようにする。
このように、Ｓｉ膜の形成と、窒化と酸化とを別工程とすることにより、ＳｉＯＮ膜の酸素と窒素の組成比の制御性を高めることができ、また、得られたＳｉＯＮ膜の積層体が、配線側は抵抗膜や配線膜の凹凸等に対応できる柔軟な層とすることができ、表層側は抵抗膜や配線膜を外部からの圧力等から保護するための硬質な層となる。
【０００９】
尚、前記Ｓｉ膜のスパッタの条件は、Ｓｉ膜が成膜できれば特に制限はないが、例えば、無加熱、０．２〜０．６Ｐａの圧力下において行うことができる。また、酸化及び窒化の条件についても特に制限はないが、例えば、基材近傍に窒素ガスと酸素ガスを混合して導入し、その雰囲気を０．２〜０．６Ｐａ程度にして行うことができる。
【００１０】
また、前記抵抗膜又は配線膜側のＳｉＯＮ膜の前記窒素の組成比を５０％以上９０％未満とすることが好ましい。５０％未満では、耐保護膜性が低くなり、９０％を超えると応力が高くなりクラックが発生しやすくなるからである。
【００１１】
また、前記窒素の組成比が低い層と高い層との積層構造は繰り返して設けるようにすることが好ましい。柔軟な層と硬質な層とを繰り返すことにより、比較的厚めのＳｉＯＮ膜としても強度と柔軟性に優れたものとなるからである。更に、窒素の組成比の低いＳｉＯＮ膜の前記窒素の組成比を５０％以上９０％未満とすることが好ましい。５０％未満では、耐保護膜性が低くなり、９０％を超えると応力が高くなりクラックが発生しやすくなるからである。
【００１２】
また、最表層のＳｉＯＮ膜の前記窒素の組成比を９０％以上となるようにすることが好ましい。より機械的強度に優れたＳｉＯＮ膜となり、抵抗膜や配線膜を外部からの圧力等から保護することができるからである。
【００１３】
また、抵抗膜又は配線膜に直接積層される層の前記窒素の組成比を５０％とすることが好ましい。より密着性の高い保護膜とすることができるからであ
【００１４】
また、前記Ｓｉ膜の形成は、２基のマグネトロンに２〜１００ｋＨｚ程度の周期で極性が入れ替わる矩形パルスの交流電力を印加して行う、いわゆる、デュアルマグネトロンにより行うことが好ましい。成膜速度を高めることができるからである。
【実施例】
【００１５】
次に、本発明の実施例について説明する。
以下の例においては、グレーズドセラミックを基材として使用し、基材には、予め厚さ５００ｎｍ程度のアルミニウム薄膜が積層されたものを使用した。
（実施例１）
真空チャンバー内に基材を保持した回転ドラムと、その回転方向にデュアルマグネトロンによりＳｉの成膜を行うスパッタゾーンと、プラズマ源、酸素ガス及び窒素ガスを導入することができるように構成された酸窒化ゾーンとを設け、真空チャンバー内の圧力を０．２〜０．６Ｐａとして回転ドラムを回転させ、スパッタゾーンにてＳｉターゲットをスパッタしてＳｉ膜を形成し、酸窒化ゾーンにおいて窒素ガスと酸素ガスを５０：５０の割合で導入してＳｉＯＮ膜とし、この操作を所定の厚さになるまで繰り返してＡ層とした。
Ａ層上に、上記と同様にしてＳｉ膜を形成し、酸窒化ゾーンにおいて窒素ガスと酸素ガスを８０：２０の割合で導入してＳｉＯＮ膜とし、この操作を所定の厚さになるまで繰り返してＢ層とした。
Ｂ層上に、上記と同様にしてＳｉ膜を形成し、酸窒化ゾーンにおいて窒素ガスと酸素ガスを１００：０の割合で導入してＳｉＯＮ膜とし、この操作を所定の厚さになるまで繰り返してＣ層とした。
これにより、図１に示すように、配線膜２が積層された基材１上に、Ａ層／Ｂ層／Ｃ層の層構造のＳｉＯＮ膜（総膜厚５μｍ）を積層した。
【００１６】
（実施例２）
図２に示すように、配線膜２が積層された基材１上に、Ｂ層／Ａ層／Ｂ層／Ａ層の層構造のＳｉＯＮ膜（総膜厚５μｍ）を積層した以外は、実施例１とした。
【００１７】
（比較例１）
図３に示すように、配線膜２が積層された基材１上に、ＲＦスパッタによりＳｉＯＮ膜３（総膜厚５μｍ）を積層した。
【００１８】
（比較例２）
図４に示すように、配線膜２が積層された基材１上に、実施例１と同様にしてＡ層のみをＳｉＯＮ膜４（膜厚５μｍ）を積層した。
【００１９】
（比較例３）
窒素ガスと酸素ガスの割合を９０：１０で導入した以外は、実施例１のＡ層と同様にして、配線膜２が積層された基材１上にＳｉＯＮ膜４（膜厚５μｍ）を積層した。
【００２０】
上記実施例１及び２、比較例１乃至３の膜組成、成膜レート及びＢＨＦエッチングレート（１１０−ＢＨＦ使用）を下記表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記の成膜を行った結果、比較例１はＲＦスパッタを使用したため、著しく成膜レートが低く、しかもクラックが発生したため、配線の保護膜としては適切ではないことがわかった。
一方、比較例２及び３は保護膜としての強度に欠けるものとなった。また、比較例３は保護膜としての強度は満たしているもののクラックが生じた。
これらの比較例に対して、本実施例１及び２は、ＳｉＯＮ膜の酸素と窒素の組成比を制御して積層しているので、クラックが抑制された被覆性を有し、なおかつ保護膜として機械的強度も満たしていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の説明図
【図２】実施例２の説明図
【図３】比較例１の説明図
【図４】比較例２の説明図
【図５】比較例３の説明図
【符号の説明】
【００２４】
１  基材
２  アルミニウム（配線）
３  比較例１のＳｉＯＮ膜
４  比較例２のＳｉＯＮ膜
５  比較例３のＳｉＯＮ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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