热敏头在例如由Si或陶瓷材料、金属材料等制成的散热性好的 衬底上具有：由高隔热材料制成的蓄热层；通电发热的多个发热电阻， 分别在多个发热电阻的电阻长度方向的一端与各发热电阻个别导通 连接的多个个别电极，在另一端与所有的发热电阻导通连接的公共电 极，保护这些多个发热电阻、个别电极及公共电极的保护层。以往这 样的热敏头通过使通过公共电极和个别电极而发热的发热电阻压接 在色带和被卷绕在压纸卷筒上的状态下的被印刷物上进行印刷动作。
近年来强烈希望能够通过高精度化达到高品质的印字和高速印 字的高功率型热敏头，抑制公共压降来提高印刷品质是必要而不可欠 缺的。虽然为了抑制公共压降可以增大公共电极的面积或厚度来降低 公共电阻，但如果公共电极大或者厚，则想要小型化又困难。因此， 以往像图9所示那样不仅具备与多个发热电阻18的一端相连的上部 公共电极15，而且在构成多个发热电阻18的电阻层的下层位置隔着 绝缘层14具备面积比上部公共电极15大的下部公共电极16，用特 定位置的接触孔14a导通连接该上部公共电极15和下部公共电极16 形成公共电极。如果这样用上下2层结构形成公共电极，则能够大幅 度地降低公共电阻，能够同时满足抑制公共压降和热敏头小型化这两 者。
但是，如果像上述那样使公共电极为上下2层的结构，已经判明 在上部公共电极与下部公共电极之间的层间经常发生短路，产生了漏 电电流。并且，由于为了确保上部公共电极与下部公共电极的导通而 使用接触孔，因此还存在制造工艺复杂化的缺点。

本发明就是鉴于上述问题，其目的是要获得一种结构及制造工艺 简单，能够良好地抑制公共压降(コモンドロツプ)从而可实现高质 量印刷的热敏头及其制造方法。
本发明是基于以往作为热敏头的衬底而广泛使用的Si衬底能够 用掺杂技术降低其电阻率，如果使电阻率在20mΩ·cm以下就能够 作为公共电极的一部分而加以利用这样的着眼点来完成的。
即本发明的热敏头具有层叠形成在衬底表面上的蓄热层、被形成 在该蓄热层上的多个发热电阻、分别与各发热电阻的电阻长度方向的 一端导通连接的多个个别电极、以及与所有的发热电阻的电阻长度方 向的另一端导通连接的公共电极；其特征在于，上述衬底为电阻率在 20mΩ·cm以下的Si衬底；该Si衬底上具备不存在上述蓄热层的露 出区域，在该露出区域上形成有使上述公共电极与该Si衬底表面欧 姆接触的接触部。
如果根据制造方法的形态，本发明包括以下工序：准备电阻率在 20mΩ·cm以下的Si衬底的工序；在整个Si衬底表面上形成蓄热层 的工序；除去上述Si衬底上存在的蓄热层的一部分而形成露出区域、 并规定与该露出区域相邻的上述蓄热层的断面形状的工序；在上述蓄 热层上形成多个发热电阻、与该多个发热电阻的电阻长度方向的一端 共同连接的公共电极、以及分别与上述多个发热电阻的电阻长度方向 的另一端连接的个别电极的工序；在上述露出区域上形成与上述公共 电极的露出区域一侧的端部相连、使上述公共电极与上述Si衬底表 面欧姆接触的接触部的工序。
在上述形态中，接触部既可以与公共电极一体形成也可以分别单 独形成。在分别单独具备接触部和公共电极的情况下，使接触部与公 共电极的露出区域一侧的端部相连或覆盖地形成。
Si衬底的电阻率在1.0mΩ·cm以下则更好。
作为电阻率在20mΩ·cm以下的Si衬底实际使用掺杂了杂质的 p型Si衬底。在例如掺杂硼元素作为杂质的情况下，硼元素的掺杂量 为1017～1019个/cm3左右。为了与Si衬底具有良好的紧贴性(密着性)， 接触部最好用Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb、Cu中的任一种或以这些 Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb、Cu为主要成分的合金材料形成。考虑到 与接触部的紧贴性或电阻率(杂质掺杂量)等，Si衬底可以适当选择 p型或n型中的任一种。
在Si衬底背面及Si衬底厚度方向的周围端面最好形成绝缘膜。 由于电流通过接触部在Si衬底中流动，因此在将公共电极侧设定为 高电位(ホツト)而将个别电极侧设定为GND(接地)的情况下， 有必要确保Si衬底的绝缘性。反之，如果公共电极侧为GND而个别 电极侧为高电位，则不在Si衬底背面及Si衬底厚度方向的周围端面 设置绝缘膜也可以。绝缘膜可以用例如SiO2、SiAlON或SiON等绝 缘材料形成的喷溅膜、阳极氧化形成的Si阳极氧化膜或热氧化膜形 成。特别是如果用Si阳极氧化膜形成Si衬底的厚度方向的周围端面 所具备的绝缘膜的话，则制造工艺简单。
在蓄热层的上下可以具备绝缘层。
在Si衬底上可以同时形成多个热敏头结构。即，假想地分割Si衬底表面而设定多个并列的热敏头形成区域，在每个热敏头形成区域 形成从蓄热层到接触部的各层，然后将Si衬底切断成每个热敏头形 成区域而获得各个热敏头。并且分割后的热敏头最好在其各切断面上 通过Si阳极氧化形成绝缘膜。
在规定第1绝缘层与蓄热层的断面形状时，最好在蓄热层上的一 部分形成均匀膜厚的保护层，付与与该蓄热层之间的台阶，然后用保 护膜烘焙来确定保护层的断面形状，干刻蚀该保护层和蓄热层直至完 全除去该保护层。通过这样，蓄热层为与保护膜烘焙确定的保护层的 断面形状相对应的断面形状。更加具体地，蓄热层最好作为突起部形 成在Si衬底上，所述突起部具有付与与Si衬底表面之间的台阶的均 匀膜厚部和厚度从Si衬底表面向该均匀膜厚部逐渐增大的锥形边缘 部，此时公共电极位于锥形边缘部的上方。在该蓄热层的上下最好根 据需要形成绝缘层。
如果采用本发明，能够获得结构及制造工艺简单，能够良好地抑 制公共压降从而实现高质量印刷的热敏头及其制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的热敏头的剖视图。
图2是表示上述热敏头(形成耐磨保护层之前的状态)的俯视图。
图3是表示本发明的热敏头的制造方法的一个实施方式的一工序 的剖视图。
图4是表示图3所示工序的下一道工序的剖视图。
图5是表示图4所示工序的下一道工序的剖视图。
图6是表示图5所示工序的下一道工序的剖视图。
图7是表示图6所示工序的下一道工序的剖视图。
图8是表示图7所示工序的下一道工序的图，(a)为剖视图，(b) 为俯视图。
图9是表示以上下2层结构设有公共电极的以往的热敏头结构的 剖视图。

图1及图2为表示本发明的一个实施方式的热敏头的剖视图和俯 视图(形成耐磨保护层之前的状态)。本热敏头在散热性好的Si衬底 1上具备：第1绝缘层2、蓄热层3、第2绝缘层4、通电发热的多个 发热电阻5a、覆盖各发热电阻5a的表面的绝缘阻挡层6、与多个发 热电阻5a的电阻长度方向的两端导通的电极层7以及保护多个发热 电阻5a或绝缘阻挡层6及电极层7不与色带等接触的耐磨保护层9。 该热敏头被搭载在例如热转印型打印机中，通过将各发热电阻5a产 生的热传给热敏纸或色带进行打印。虽然图中没有表示，但本热敏头 中还具备控制向多个发热电阻5a通电用的驱动IC或印刷电路板等。
Si衬底1为掺杂了1017～1019个/cm3左右的硼元素作为杂质的p 型Si衬底。该Si衬底1的电阻率至少在20mΩ·cm以下，最好是 1.0mΩ·cm以下，与不含杂质或杂质少的Si衬底相比，电流容易流 过。在Si衬底1的侧端面(厚度方向的周围端面)1b和背面1c上分 别形成有绝缘膜12、13，通过该绝缘膜12、13确保Si衬底1足够的 电绝缘性。绝缘膜12、13可以用例如SiO2、SiAlON或SiON等绝缘 材料形成的溅射膜或者通过Si阳极氧化形成的阳极氧化膜、热氧化 膜来形成。
蓄热层3由包含Si、过渡金属中选择的至少1个和O2的氧化化 合物制成，具有耐热温度1000℃左右的高耐热性。蓄热层3中包含 的过渡金属具体为从Ta、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、 Nb、Mo、La、Ce、Hf、W中选择的1种或2种以上。特别是单独使 用Ta、Mo、W或与其他过渡金属组合使用更好。该蓄热层3在Si衬底表面1a上的一部分上形成有具有均匀膜厚部3a和锥形边缘部 3b的突起部，均匀膜厚部3a与Si衬底表面1a之间形成台阶，锥形 边缘部3b的膜厚从Si衬底表面1a向均匀膜厚部3a逐渐增大。并且， 在蓄热层3的上下根据需要分别形成有由例如SiO2构成的第1绝缘 层2和第2绝缘层4，在蓄热层3的锥形边缘部3b的上方配置有隔 着第2绝缘层4沿图示的Y方向(与图1的纸面垂直的方向)隔开 细小的间隔排列的多个发热电阻5a。通过第1绝缘层2和第2绝缘 层4分别确保Si衬底表面1a与蓄热层3之间的电绝缘性和蓄热层3 与多个发热电阻5a之间的电绝缘性。
多个发热电阻5a作为第2绝缘层4上形成的电阻膜5的一部分 位于蓄热层3的锥形边缘部3b的上方，通电而发热。绝缘阻挡层6 分别覆盖各发热电阻5a的表面地形成，规定(限定)各发热电阻5a 的平面上的大小(网点(ドツト)长L、网点宽W)。相邻的发热电 阻5a之间设置有间隙区域α，在本实施方式中实际被绝缘阻挡层6 规定的是网点长度L。各发热电阻5a的电阻值，即1个网点的电阻 值用(电阻膜5的片电阻值(シ一ト抵抗値)×纵横比(L/W)求得。 绝缘阻挡层6具有防止多个发热电阻5a表面氧化的功能，以及保护 多个发热电阻5a免受制造过程中的腐蚀损伤的功能。
电极层7为在电阻膜5及绝缘阻挡层6上全面形成膜以后打开使 绝缘阻挡层6露出的开放部7c而形成的层，绝缘阻挡层6一侧的两 端部覆盖在该绝缘阻挡层6之上。该电极层7如图2所示分离成通过 开放部7c与所有的发热电阻4a共同连接的公共电极7a和分别与多 个发热电阻5a单独连接的多个个别电极7b。各个别电极7b上形成 有布线用Al电极，各个别电极7b的宽度尺寸由相邻的个别电极7b 之间存在的间隙区域α控制。电极层7由Cr、Ta、Mo、W、Ti等高 熔点金属材料形成(本实施方式中为Cr)，能够与在数百μs左右的 短周期内而付与大电流而接通(通电)或断开(非通电)发热电阻 5a的高速印刷动作相对应。电极层7既可以用Al或Cu形成，也可 以用包含上述高熔点金属材料的合金材料或包含Al或Cu的合金材 料形成。
在上述结构的热敏头中，Si衬底表面1a上具备不存在第1绝缘 层2或蓄热层3的露出区域10，该露出区域10上形成有使公共电极 7a与Si衬底表面1a欧姆接触的接触部11。像以上叙述的那样，Si 衬底1的电阻率被抑制到至少20mΩ·cm以下，具有比公共电极7a 大的面积和厚度。因此，当Si衬底1通过上述接触部11与公共电极 7a导通时，整个Si衬底1具有作为公共电极7a的一部分的功能，大 幅度地减小了公共电极7a的电阻值。因此，公共电极7a上的电压下 降(公共压降)被抑制，各发热电阻5a的发热量被保持为一定(固 定)。即，能够实现高质量的印刷。
接触部11形成为从Si衬底表面1a的露出区域10到与该露出区 域10相邻的公共电极7a的端部相连。虽然在本实施方式中接触部 11与公共电极7a被形成为一体，但也可以与公共电极7a分开地单独 形成为与公共电极7a的露出区域10一侧的一端相连或覆盖。为了使 Si衬底1与公共电极7a两者具有良好的紧贴性，该接触部11最好用 Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb等高熔点金属材料及Cu中的任何一种， 或者以这些Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb等高熔点金属材料或Cu为主 要成分的合金材料形成。在本实施方式中，由于Si衬底1为注入硼 元素的p型Si衬底，公共电极7a由Cr形成，而且与公共电极7a一 体地形成接触部11，所以接触部11由Cr形成。
下面参照图3～图9说明图1和图2所示的热敏头的制造方法的 一个实施方式。
首先，准备好电阻率至少在20mΩ·cm以下，最好是1.0mΩ·cm 以下的半导体Si衬底1。在本实施方式中，使用掺入了1017～1019个 /cm3左右的硼元素作为杂质的p型Si衬底。Si衬底1的厚度为1mm 左右。该Si衬底1既可以是p型也可以是n型，但最好与后续工艺 中形成的接触部11和公共电极7a的形成材料相对应地适当选择。在 Si衬底背面1c以整个面的膜厚为1μm左右形成由例如SiO2形成的 绝缘膜13。然后如图3所示那样假想地分割Si衬底1的表面区域设 置多个并列的热敏头形成区域H。
接着，在整个Si衬底表面1a上依次层叠形成第1绝缘层2和蓄 热层3。第1绝缘层2用例如SiO2等绝缘材料形成。另外，第1绝缘 层2可以根据需要要而适当形成，也可以不形成。
蓄热层3用包含Si、从过渡金属中选择的至少1个和O2的氧化 物材料形成膜，膜厚为15～35μm左右。具体为，蓄热层3用例如 65～85mol％的Si、35～15mol％的Ta为组成的Si与Ta的合金靶(合 金タ一ゲツト)，或者65～85mol％的Si、30～15mol％的Ta、20～ 0mol％的W等其他过渡金属的合金靶，通过在Ar和O2的混合气体 环境中进行喷溅而形成。在该喷溅时如果使喷溅气体的压力为0.8～ 1.6Pa(帕斯卡)的范围，并且使O2气体的流量为喷溅速度(成膜速 度)最大的值而形成膜的话，则获得的蓄热层3为具有柱状质的黑色 氧化物，热扩散率小并且隔热性好。本实施方式获得的蓄热层3的耐 热温度约为1000℃左右。作为构成蓄热层3的过渡金属可以从Ta、 Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、La、Ce、Hf、W中选择1种或2种以上适当加以组合来使用，但其中以单独使用Ta、 Mo、W或与其他过渡金属合用最好。并且，使用例如 Si-Ta-W-Mo-Fe-Ni或Si-Ta-W-Mo-Ti-Zr等多元素系的组成也能形成 特性好的蓄热层3。
形成蓄热层3后，在约800℃～1000℃下进行真空退火处理，矫 正Si衬底1的翘度。由于蓄热层3形成的厚度为15～35μm左右， 因此通常情况下受膜的压缩应力的作用有可能使Si衬底1产生大的 翘曲。而本实施方式将蓄热层3形成为柱状质，而且通过上述真空退 火使蓄热层3本身细密化，降低了膜内部的压缩应力，因此能够大幅 度地降低Si衬底1上发生的翘曲。具体为，例如在3英寸角的衬底 的情况下可以使翘曲在0.1mm以内。并且，由于通过上述真空退火 处理预先给蓄热层3付与了热履历(热过程)，因此能够进一步提高 蓄热层3本身耐热性的可靠度。
接着，如图4所示那样，在各热敏头形成区域H的蓄热层3上的 一部分分别形成均匀膜厚的保护层R，付与与该蓄热层3之间的台阶。 保护层R为规定蓄热层3的断面形状用的层，在形成阶段其断面形 状为具有与蓄热层3的表面垂直的边缘的长方形。形成保护层R后 实施热处理(保护膜烘焙)，设定保护层R的断面形状，特别是保护 层R的边缘部的断面形状。
通过控制保护膜烘焙时间和保护膜烘焙温度以及形成保护层R 时的膜厚中的至少一种，可以将保护层R的断面形状设定到所希望 的形状。或者，通过用灰度级遮光窗控制保护层暴光时照射到保护层 R上的光量，可以设定到所希望的形状。具体地，保护层R的断面形 状为图5所示那样具有付与与该蓄热层3之间的台阶的均匀膜厚部 R1、膜厚从蓄热层3的表面到均匀膜厚部R1逐渐增大的锥形边缘部 R2的突出形状。热处理后的保护层R其锥形边缘部R2的顶上稍微 突出，衬底表面起的高度变得比均匀膜厚部R1高。
在决定了保护层R的断面形状以后，进行干刻蚀处理。干刻蚀处 理通过离子铣削或刻蚀等从多个不同的方向削除保护层R和蓄热层3 以及第1绝缘层2，完全除去保护层R。此时，将保护层R与蓄热层 3的选择比(刻蚀率)控制在0.8以上1.2以下。如果在这个范围， 完全除去保护层R时的蓄热层3的断面形状为与前一道工序决定的 保护层R的断面形状相对应的形状。即，当上述选择比为除1以外 的0.8以上1.2以下时，蓄热层3的断面形状与保护层R的形状相似， 当该选择比为1时与保护层R基本相同。在该干刻蚀工序以后，如 图6所示那样，在Si衬底表面1a上的一部分上蓄热层3及第1绝缘 层2被完全除去，露出Si衬底表面1a，形成露出区域10。并且，与 该露出区域10相邻的第1绝缘层与蓄热层3的断面形状为具有付与 Si衬底表面1a台阶的均匀膜厚部3b和膜厚从Si衬底表面1a一侧向 均匀膜厚部3b逐渐增大的锥形边缘部3a的突起形状。锥形边缘部B 的顶上位置稍微突起，从衬底表面1a起的高度比均匀膜厚部3b高。
接着，如图7所示那样在Si衬底表面1a(露出区域10)及蓄热 层3上连续成膜第2绝缘层4和电阻层5。可以用喷溅或蒸镀方法形 成膜。第2绝缘层4用SiO2形成，电阻层5用Ta2N或Ta-SiO2等金 属陶瓷材料形成。另外，第2绝缘层4既可以根据需要适当形成，也 可以不形成。
并且，如图7所示那样在电阻层5上位于蓄热层3的锥形边缘部 3a的上方的位置用例如600左右的膜厚形成长度尺寸为L的绝缘阻 挡层6。绝缘阻挡层6最好用作为具有耐氧化性的绝缘材料、能够适 用于反应性离子刻蚀(RIE)的材料形成，具体可以使用SiO2、Ta2O5、 SiN、Si3N4、SiON、AlSiO、SiAlON等。覆盖该绝缘阻挡层6的电阻 膜5以后将成为网点(ドツト)电阻长度为L的多个发热电阻5a。 绝缘阻挡层6可以用RIE或分离法(リフトオフ法)形成。当使用 RIE时，只要在用溅射等在整个电阻层5上成膜绝缘阻挡层6后，在 绝缘阻挡层6上形成规定长度尺寸L的保护层，用RIE除去没有被覆 盖保护层上的绝缘阻挡层6就可以。而在用分离法时，只要在电阻膜 5上形成以长度尺寸L为空间的保护层后成膜绝缘阻挡层6，使保护 层和保护层上的绝缘阻挡层6分离就可以。
在形成绝缘阻挡层6以后，进行退火处理。该退火处理是为了抑 制热敏头开始使用后的发热电阻5a的电阻变化率而进行的，是施加 大的热负荷使电阻膜5稳定化的加速处理。退火处理后，为了提高后 续工序中形成的电极层7与电阻膜5的紧贴性，进行离子束刻蚀或逆 溅射处理除去电阻膜5的表面氧化层。
接着，用光刻蚀技术(或RIE)除去位于露出区域10(Si衬底表 面1a)上的电阻层5和第2绝缘层4。通过这一过程，使规定蓄热层 3的断面形状的干刻蚀工序中形成的Si衬底1的露出区域10再次露 出。
接着，在电阻层5、绝缘阻挡层6及Si衬底1的露出区域10的 上面成膜由高熔点金属(本实施方式为Cr)形成的电极层7。成膜可 以用喷溅或蒸镀法。成膜后，用光刻蚀技术除去不要的电极层7、绝 缘阻挡层6、电阻层5、第2绝缘层4、蓄热层3及第1绝缘层2，不 仅像图8所示那样规定电极层7的图形形状(宽度尺寸为W)，而且 形成使绝缘阻挡层6的表面露出的开放部7c。通过这一工序，电极 层7通过开放部7c使位于电阻层5上的个别电极7b和位于电阻层5 及Si衬底1的露出区域10上的一体的公共电极7a和接触部11分离。 在本实施方式中，用由Cr形成的电极层7一体地同时形成公共电极 7a和接触部11，但如果用不同的材料形成公共电极7a和接触部11 时，也可以在形成公共电极7a以后，用例如分离法等在Si衬底表面 1a的露出区域10上形成与相邻于该露出区域10的公共电极7a的一 端相连或覆盖的接触部11。为了使Si衬底1与公共电极7a两者具有 良好的紧贴性，接触部11最好用Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb或Cu中的任何一种，或者以这些Cr、Al、Ti、W、Mo、Nb或Cu为主要 成分的合金材料形成。Si衬底表面1a与公共电极7a通过该接触部 11欧姆接触，Si衬底1作为公共电极7a的一部分构成。而通过上述 开放部7c被分离的个别电极7b进一步被第1绝缘层2的露出的间隙 区域α多次分割成多个个别电极7b，分别与对应的多个发热电阻5a 的一端相连。并且，从开放部7c露出的电阻层5被间隙区域α分割 成为多个发热电阻5a。上述多个发热电阻5a被绝缘阻挡层6的长度 尺寸L将长度尺寸(网点长度)规定为L，被间隙区域α将宽度尺寸 (网点宽度)规定为W。多个发热电阻5a和绝缘阻挡层6像图8(b) 所示那样沿与图8(a)的纸面垂直的方向隔开细小的间隔排列。在 本实施方式中，使电极层7的绝缘阻挡层6一侧的两端覆盖在绝缘阻 挡层6上。
接着，在多个个别电极7b上形成布线用的Al电极8。在形成Al电极8以后，通过离子束刻蚀或逆喷溅使绝缘阻挡层6、电极层7、 Al电极8及接触部11露出新的膜面，确保与后续工序形成的耐磨保 护层的紧贴性。然后，在露出新的膜面的绝缘阻挡层6、电极层7、 Al电极8及接触部11上形成由SiAlON或Ta2O5等耐磨损材料形成 的耐磨保护层9。通过以上的工序能够获得在Si衬底1上多个并列排 列的热敏头结构。
然后，在每个热敏头形成区域H将Si衬底1切断，分别在分割 后的Si衬底1的切断面，即Si衬底1的侧端面形成绝缘膜12。绝缘 膜12可以用阳极氧化Si衬底1生成的Si阳极氧化膜形成。或者， 可以用SiO2、SiAlON或SiON等绝缘材料形成的喷溅膜形成。绝缘 膜12的膜厚只要在0.1mm左右就可以。通过以上过程能够获得图1 和图2所示的热敏头。
如上所述，由于本实施方式不仅使用电阻率在20mΩ·cm以下 的Si衬底1，而且在Si衬底表面1a上具备的露出区域10上还具备 使Si衬底表面1a与公共电极7a欧姆接触的接触部11，因此能够用 简单的结构和制造工艺使Si衬底1与公共电极7a确实地导通，能够 防止层间发生短路。并且，由于Si衬底1构成公共电极7a的一部分， 因此不增加公共电极的面积或厚度，就降低了公共电阻，有效地降低 了公共压降，提高了印刷质量。
虽然在以上的本实施方式中用氧化物材料形成蓄热层3，但蓄热 层3也可以用例如玻璃等高隔热材料通过丝网印刷来形成。
[专利文献1]日本专利特公平6-61947号公报
[专利文献2]日本专利特开平10-34991号公报
[专利文献3]USP6201558