JP2023109954A - 熱伝導及び電気絶縁のための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】強化された接着性を有する基板上の金属-酸窒化物膜を含むIMS並びに熱伝導および電気絶縁を提供するための金属-酸窒化物膜を含むIMSシステムを提供すること。【解決手段】絶縁金属基板(IMS)は、第1の面および第2の面を有するコア金属基板3と、コア金属基板3の第1の面上の第1の誘電体層(金属酸窒化物層6)とを含み、誘電体層は、III族金属ベースの酸窒化物層を含み、誘電体層において酸素は0.1at%~49.9 at%であり、窒素は0.1at%~49.9 at%であり、酸素および窒素の合計は50 at%である。【選択図】図2B
Description
本開示は、絶縁金属基板(IMS)およびコア金属基板を含む装置、ならびに装置を製造するための方法を対象とする。
関連特許出願への相互参照
本特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年4月13日に出願された「DEVICE FOR THERMAL CONDUCTION AND ELECTRICAL ISOLATION」という名称の米国特許出願第62/485,202号の35 U.S.C.○119(e)に基づく利益を主張する。
本特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2017年4月13日に出願された「DEVICE FOR THERMAL CONDUCTION AND ELECTRICAL ISOLATION」という名称の米国特許出願第62/485,202号の35 U.S.C.○119(e)に基づく利益を主張する。
セラミックコア基板装置(本明細書では「CCS装置」)は、現在、電子装置における熱管理のための業界をリードする装置である。CCS装置が電子装置のための機械的支持体として機能するためには、それらは適度に高い熱伝導率および適度に高い電気絶縁を提供しなければならない。典型的には、セラミックコア基板が取り付けられた金属層よりも厚い。CCS装置は、セラミックコア基板および付着金属層の1つまたは複数の層を有することができる。最も一般的なのは、単一の取り付けられた金属層または「前面金属」構成である。
さらなるCCS装置は、2つのタイプから構成される。一態様では、これらのタイプのCCS装置が金属層がセラミックコア基板にどのように取り付けられるかによって区別される。付着プロセスは、直接めっきまたは直接結合を含む。これらの2つの付着方法では、銅が付着金属層に好ましい金属である。したがって、結果として得られるCCS装置は、本明細書では集合的に「DPC/DBC」と呼ばれる、直接めっき銅(「DPC」)または直接結合銅(「DBC」)のいずれかと呼ばれ得る。同様に、他の3つのタイプのセラミックコア基板、すなわちアルミナセラミックコア基板、窒化アルミニウム(AlN)セラミックコア基板、および酸化ベリリウム(BeO)セラミックコア基板がCCS装置に使用される。
アルミナCCS装置基板は、BeO CCS装置と比較した場合、コストが低減され、毒性があるため、開発され、使用されている。AlN CCS装置基板は、アルミナ CCS装置基板と比較して熱伝導率が高いため、開発され、使用されている。DBCプロセスでは、セラミックコア基板(例えば、アルミナ、AlN、またはBeO)はCCSデバイスのための支持体として作用し、次いで、銅の薄層に接合される。これは、Cu-O共晶層を接合界面として使用することにより、セラミックコア基板の表面で行われる。Cu-O共晶層は、少量の酸素と銅を800℃以上の高温で反応させて形成される。AlNおよびアルミナDPC/DBC CCS装置の製造は米国特許公開第2009/0152237号および米国特許第6,800,211B2号に開示されているように、工業プロセスであるが、問題が生じる。1)セラミックと金属との間の熱膨張係数の差による製造プロセスにおける熱応力の発生によるセラミックの破壊、および2)実用的な使用条件下での熱サイクル応力によるセラミックの遅延破壊は、これらのDPC/DBC CCS装置の寿命および性能における実際の問題である。これは、NRELの報告である「パワーエレクトロニクスパッケージ用ボンディングインタフェースの熱性能と信頼性」、ASTR 2011(NREL/PR-5400-52468)に示されている。
絶縁金属基板(IMS)は、アルミナ(Al2O3)が堆積された誘電体層を有するAlコア金属基板を含む。ほとんど堆積されていない誘電体層は、高い熱伝導率および高い電気絶縁の両方を提供する。試みられた堆積誘電体層の2つの主要なタイプは、アルミナおよびAlNである。
第1の堆積誘電体層、すなわちアルミナ層は低い熱性能(1~30W/mK)を有するが、アルミニウムコア-金属-基板上の酸化を使用して製造するのが容易である。この方法はコア金属基板がアルミニウムであるが、銅、鋼、ニッケル、およびチタン、タングステン、およびモリブデンなどの他の高温金属などの他の高熱伝導性金属に変換することができない場合には良好に機能する。また、アルミナ層は非常に薄く、例えば数十ミクロンである。さらに、アルミナの低い熱伝導率は、IMSの性能に影響を及ぼす。米国特許出願公開第20140293554 A1号に開示されているように、「したがって、本開示の任意の態様によるIMSのコーティングは4または5W/mKを超える、例えば、4~15W/mKの熱伝導率を有することが有利であり得る。好ましくは、熱伝導率は5~14W/mKである」。アルミナは、アルミナの単結晶形態、すなわちサファイアの値である約23~30W/mKを超える熱伝導率を提供することができない場合がある。
アルミナの完全に緻密化された堆積誘電体層は、ほとんど不可能である。ピンホールが生成されることがあり、これは、低歩留まり生産につながる。この問題は米国特許第9,551,082 B2号に以下のように開示されている:「好ましい実施形態ではコーティングは多孔性を有し、非金属コーティングの表面に画定された細孔は、500ナノメートル未満の平均サイズまたは平均直径を有する」。この多孔性は米国特許第9,551,082 B2号に規定されているように、低い絶縁耐力(電気絶縁)に関する問題をもたらす。例えば、米国特許第9,551,082 B2号は「IMS用途のために、コーティングの絶縁耐力が特に重要である」ことを開示している。本開示の任意の態様によるIMSのコーティングは、有利には50~120kV/mmの絶縁耐力を提供することができる。好ましくはコーティングが特許請求の範囲において、60~100kV/mmの範囲の絶縁耐力を提供し、また、「絶縁耐力は50~120kV/mmであり、熱伝導率は5~14W/mKである」。
以下の特許公報または特許、WO 2012034752 A1、DE 102010045783 A1、CA2819313A1、CA2824541A1、CN103329297A、CN10333298A、EP2673402A2、EP2673403A1、US20160186352、WO2012107754A2、WO2012107754A3、WO2012107754A9、米国特許第9,551,082 B2号、およびWO2012107755A1は、アルミニウム基板上にアルミナコーティングを提供する様々な方法を記載している。
さらなる問題は、堆積された誘電体層の適用の選択性に関して生じる。堆積された誘電体層がアルミニウム金属支持基板の裏面および側面を覆わないことを確実にするためのステップをとることは煩わしい。コア金属基板上の最新技術のアルミナ堆積誘電体層は熱伝導率(W/mK)、絶縁耐力(kV/mm)および熱歪みに対する適合性の観点から、改善の余地が多い。
第2のIMS堆積誘電体層、すなわち、AlN層は、高い熱伝導率と、良好な電気絶縁に変換される高い誘電率とを有する。しかし、その高い誘電率にもかかわらず、IMSのための許容可能な電気絶縁を有するAlN堆積誘電体層を製造することは困難である。これは、現在の堆積技術を用いたAlN成長の高度に柱状の性質に由来する。
第2のIMS堆積誘電体層、すなわち、AlN層は、高い熱伝導率と、良好な電気絶縁に変換される高い誘電率とを有する。しかし、その高い誘電率にもかかわらず、IMSのための許容可能な電気絶縁を有するAlN堆積誘電体層を製造することは困難である。これは、現在の堆積技術を用いたAlN成長の高度に柱状の性質に由来する。
別の問題は、任意のIMS堆積誘電体層において生じる。電気デバイス用の完全に組み立てられたIMS基板を製造するために必要とされる、後続の金属層の強化された接着に関する問題がある。これらの後続の金属層は150μmもの厚さのCuを含むことができ、接着の問題を追加し、層間剥離なしにIMS堆積誘電体層に結合するために複雑な追加のステップを必要とする。
本開示は、強化された接着性を有する基板上の金属-酸窒化物膜を含むIMSを提供する。本開示はまた、熱伝導および電気絶縁を提供するための金属-酸窒化物膜を含むIMSシステムを提供する。
一実施形態では、絶縁金属基板(IMS)が第1の面および第2の面を有する基板を含むことができる。IMSはまた、基板の第1の面上に第1の誘電体層を含むことができる。誘電体層は、金属ベースの酸窒化物および/または半金属ベースの酸窒化物層を含んでもよく、酸素は0.1原子(at)%~49.9原子%、窒素は0.1原子%~49.9原子%、酸素および窒素の合計は約50原子%である。
一実施形態では、絶縁金属基板(IMS)が第1の面および第2の面を有する基板を含むことができる。IMSはまた、基板の第1の面上に第1の誘電体層を含むことができる。誘電体層は、金属ベースの酸窒化物および/または半金属ベースの酸窒化物層を含んでもよく、酸素は0.1原子(at)%~49.9原子%、窒素は0.1原子%~49.9原子%、酸素および窒素の合計は約50原子%である。
一実施形態では、金属ベースの酸窒化物がAが金属を表し、yが0.1at%~49.9at%であり、zが0.1at%~49.9at%であり、y+zが約50at%でAxOyNzを含むことができる。
一実施形態では、半金属ベースの酸窒化物がBが半金属を表し、yが0.1at%~49.9at%であり、zが0.1at%~49.9at%であり、y+zが約50at%であるBxOyNzを含む。
一実施形態では、半金属ベースの酸窒化物がBが半金属を表し、yが0.1at%~49.9at%であり、zが0.1at%~49.9at%であり、y+zが約50at%であるBxOyNzを含む。
一実施形態では、誘電体層が1つまたは複数の要素を含む。
一実施形態では、第1の誘電体層が金属ベースの酸窒化物、III族金属ベースの酸窒化物、II族金属ベースの酸窒化物、IV族半金属ベースの酸窒化物、オキシヒドロナイトライド、およびオキシカルボナイトライドからなる群から選択される材料を含む。
一実施形態では、第1の誘電体層が酸窒化アルミニウム(AlON)、アルミニウムオキシヒドロナイトライド(AlHON)、アルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)、SiGeON、GaON、SiON、およびGeONからなる群から選択される材料を含む。
一実施形態では、第1の誘電体層が金属ベースの酸窒化物、III族金属ベースの酸窒化物、II族金属ベースの酸窒化物、IV族半金属ベースの酸窒化物、オキシヒドロナイトライド、およびオキシカルボナイトライドからなる群から選択される材料を含む。
一実施形態では、第1の誘電体層が酸窒化アルミニウム(AlON)、アルミニウムオキシヒドロナイトライド(AlHON)、アルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)、SiGeON、GaON、SiON、およびGeONからなる群から選択される材料を含む。
一実施形態では、基板が金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材料を含む。
一実施形態では、基板がCu、Al、AlSi、C-Al、W-Cu、またはTi、またはこれらの任意の合金のうちの1つを含む。
一実施形態では、基板がCu、Al、AlSi、C-Al、W-Cu、またはTi、またはこれらの任意の合金のうちの1つを含む。
一実施形態では、基板が二次元形状または三次元形状である。
一実施形態では、基板はフィン付き構造を含む。
一実施形態では、基板はプレストレスを受ける。
一実施形態では、第1の誘電体層が基板のテクスチャ加工された表面上に配置される。
一実施形態では、第1の誘電体層が複数の凹部を含む。
一実施形態では、基板はフィン付き構造を含む。
一実施形態では、基板はプレストレスを受ける。
一実施形態では、第1の誘電体層が基板のテクスチャ加工された表面上に配置される。
一実施形態では、第1の誘電体層が複数の凹部を含む。
一実施形態では、IMSはまた、基板と誘電体層との間に応力低減金属層を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第1の面の上に第1の応力低減金属層を含み、基板の第2の面の上に第2の応力低減金属層を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、第1の誘電体層の上にプレメタル酸窒化物接着層を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第1の面の上に第1の応力低減金属層を含み、基板の第2の面の上に第2の応力低減金属層を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、第1の誘電体層の上にプレメタル酸窒化物接着層を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、基板の側壁および/または底部を覆う第2の誘電体層を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が交互の第1および第2の誘電体層を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が金属-酸窒化物組成勾配を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第2の面の上に第2の誘電体層を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が50nm~500μmの範囲の厚さを有する。
一実施形態では、第1の誘電体層が交互の第1および第2の誘電体層を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が金属-酸窒化物組成勾配を含むことができる。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第2の面の上に第2の誘電体層を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が50nm~500μmの範囲の厚さを有する。
一実施形態では、金属ベースの酸窒化物はAlONを含み、AlONはランダム構造を含む。
一実施形態では、第1の誘電体層が少なくとも1W/mkの熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する。
一実施形態では、IMSが第1の面および第2の面を有する基板と、基板の第1の面上に0.0001~15at%の酸素を含む酸素ドープAlN層とを含むことができる。
一実施形態では、IMSが第1の面および第2の面と、基板の第1の面上に0.0001~15at%の窒素を含む窒素ドープAl2O3層とを有する基板を含むことができる。
一実施形態では、第1の誘電体層が少なくとも1W/mkの熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する。
一実施形態では、IMSが第1の面および第2の面を有する基板と、基板の第1の面上に0.0001~15at%の酸素を含む酸素ドープAlN層とを含むことができる。
一実施形態では、IMSが第1の面および第2の面と、基板の第1の面上に0.0001~15at%の窒素を含む窒素ドープAl2O3層とを有する基板を含むことができる。
一実施形態では、第1のAlN層またはAl2O3層が基板のテクスチャ面上に配置される。
一実施形態では、AlN層またはAl2O3層が複数の凹部を含む。
一実施形態では、IMSが基板とAlN層との間に金属層を含むこともできる。
一実施形態では、AlN層またはAl2O3層が基板の側面または底部を覆う。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第2の面上に第2のAlN層またはAl2O3層を含むことができる。
一実施形態では、第1のAlN層またはAl2O3層が50nm~500μmの範囲の厚さを有する。
一実施形態では、AlN層またはAl2O3層が複数の凹部を含む。
一実施形態では、IMSが基板とAlN層との間に金属層を含むこともできる。
一実施形態では、AlN層またはAl2O3層が基板の側面または底部を覆う。
一実施形態では、IMSはまた、基板の第2の面上に第2のAlN層またはAl2O3層を含むことができる。
一実施形態では、第1のAlN層またはAl2O3層が50nm~500μmの範囲の厚さを有する。
一実施形態では、IMSボードがIMS上に更なる金属層を含むことができる。
一実施形態では、IMSシステムがIMSボード上に配置された電子デバイスまたは音響デバイスを含むことができる。
一実施形態では、電子デバイスが発光ダイオード(LED)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、およびトランジスタのうちの1つを含む。
一実施形態では、音響装置が圧電トランスデューサを含む。
一実施形態では、IMSシステムがIMSボード上に配置された電子デバイスまたは音響デバイスを含むことができる。
一実施形態では、電子デバイスが発光ダイオード(LED)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、およびトランジスタのうちの1つを含む。
一実施形態では、音響装置が圧電トランスデューサを含む。
追加の実施形態および特徴は以下の説明に一部記載されており、一部は、本明細書を検討すると当業者に明らかになるか、または本明細書で論じる実施形態の実施によって学習され得る。特定の実施形態の性質および利点のさらなる理解は、本明細書の残りの部分、および本開示の一部を形成する図面を参照することによって実現され得る。
本説明は本開示の様々な実施形態として提示され、本開示の範囲の完全な列挙として解釈されるべきではない、以下の図面およびデータグラフを参照して、より完全に理解されるのであろう:
セラミックコア基板上に金属層を含むセラミックコア基板(CCS)デバイスを示す(従来技術)。
セラミックコア基板の両面上に金属層を含むCCSを示す(従来技術)。
セラミックコアサブストレート(従来技術)上のAl2O3堆積誘電体層を含むIMSを示す。
コア金属-金属基板上のAlNの柱状構造を示す(従来技術)。
一実施形態による基板上にAl-酸窒化物(AlxOyNz)膜を含むIMSを示す。
一実施形態による、基板上にランダム化されたAlxOyNzを含むIMSを示す。
図3は一実施形態による、基板上に交互の誘電体層(例えば、金属酸窒化物層)を含むIMSを示す。
図4Aは、一実施形態による、応力緩和のためにAlONに遷移する上面を有する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、応力緩和のために上面がAlに遷移する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、基板からAlONに遷移し、さらに応力緩和のためにAl上面に遷移するAlを有する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、プレメタル酸窒化物接着層を用いた応力緩和のための図4Aの組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
図5Aは、一実施形態による、応力緩和のための金属内副層を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、応力緩和のための薄い金属内副層および厚い余分な金属層を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、応力緩和のための2つの金属酸窒化物層の間に薄い金属内サブレイヤを含むIMSを示す。
一実施形態による、基板上にパターン化された堆積誘電体層を含むIMSを示す。
一実施形態による、図6AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。
一実施形態による、基板の上部および底部の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、基板の上部および底部ならびに2つの側壁の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、基板の上部および2つの側壁の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、フィン付き基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態による、テクスチャ加工された基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
一実施形態によるプレストレス基板を示す。
一実施形態による、図2AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。
一実施形態による、図4AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。
一実施形態による、基板上の組成勾配層および堆積誘電体層を含むIMS上の後続の金属層を含むIMSボードを示す。
一実施形態による、複数の応力低減層および堆積誘電体層を含むIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。
一実施形態による、パターン化されたIMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。
一実施形態による、異なるパターン化されたIMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。
一実施形態による、2Dパターン化IMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。
一実施形態による、3D IMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。
一実施形態によるコア金属基板上の3次元形状のAlONの光学画像である。
一実施形態によるCu基板上の誘電体層の光学画像である。
一実施形態によるCu基板上のAlONの光学画像である。
本開示は、以下の詳細な説明を、以下に記載される図面と併せて参照することによって理解され得る。説明を明確にするために、様々な図面における特定の要素は、一定の縮尺で描かれていない場合があることに留意されたい。
図1Aは、セラミックコア基板上に金属層を含むセラミックコア基板(CCS)デバイスを示す(従来技術)。CCS装置100Aは典型的には図1Aに示すように、機械的支持体としてのセラミックコア基板1と、少なくとも1つの取り付けられた金属層2との2つの主要な構成要素を含む。
図1Bは、セラミックコア基板の両面上に金属層を含むCCSを示す(従来技術)。図示のように、二重金属層構成または「前面および背面金属」構成100Bは、機械的支持体としてのセラミックコア基板1と、少なくとも1つの付着金属層2とを含む。
図1Cは、セラミックコアサブストレート(従来技術)上のAl2O3堆積誘電体層を含むIMSを示す。図示のように、絶縁金属基板(IMS)100Cは、アルミナ(Al2O3)堆積誘電体層4を有するAlコア金属基板3を含む。
図1Dは、コア金属-金属基板上のAlNの柱状構造を示す(従来技術)。図1Dに示すように、柱状AlN堆積誘電体層5は基板3上にある。(アルミナと比較して)ほとんど完全に緻密化されているが、AlNの柱状の性質は小さな欠陥が下にあるコア-金属-基板への経路、および熱サイクル中のクラッキングへの経路を導くことを可能にする。
絶縁金属基板(IMS)
絶縁金属基板(IMS)
絶縁金属基板(IMS)は、個々の電気装置、音響装置、および多部品システムのための支持体(またはマウント)として機能することができる。IMSは、熱管理システムとして、現在のDPCおよびDBC CCS装置基板を置き換える可能性のある候補を提供する。IMSおよびDPC/DBC CCSデバイスは極性反対である。構成において、本発明は図2Aに示すように、より厚いコア金属基板3上に薄い堆積誘電体層7(例えば、金属酸窒化物層またはAlxOyNz)を含むIMS 200Aを提供する。例えば、堆積誘電体層7は基板3(例えば、銅)上に堆積されたAlONであってもよい。基板3は、とりわけ、タングステン、銅タングステン合金、ポリマーを含むこともできる。
対照的に、DPC/DBC CCS装置は図1Aに示すように、誘電体分離のために、より厚いセラミックコア基板1上に、より薄い付着金属層2を使用する。
対照的に、DPC/DBC CCS装置は図1Aに示すように、誘電体分離のために、より厚いセラミックコア基板1上に、より薄い付着金属層2を使用する。
IMS 200Aは、機械的支持体として作用する。また、IMSには、高い熱伝導率と高い電気絶縁性の両方が要求される。構造のIMS材料は適切な電気的絶縁を提供しながら、効率的な熱除去を可能にする。効率的な熱除去および適切な電気的絶縁の両方を提供するために、IMSは、薄い堆積誘電体層に依存する。堆積された誘電体層は高い熱伝導率と、印加された電圧を遮断する能力との両方を有していなければならず、その一方で、下にあるコア金属基板に良好に結合し、電子デバイスを取り付けるために使用される追加の層に結合することができなければならない。
IMSは、高い熱伝導率、高い電気絶縁性、コア金属-基板への堆積誘電体層のボンディング、および追加の誘電体層への堆積誘電体層のボンディングを有することができる。
IMSのための堆積誘電体層としてのAlNの問題の両方に対する解決策は、堆積誘電体層の製造中に酸素が導入されるときに見出すことができる。酸素の導入は0.001at%のレベルの酸素でドープされた窒化アルミニウムからAlONの形態を通り、0.001at%までのレベルの窒素ドープアルミナにまで及ぶ。同様に、IMS用のアルミナ膜の製造中に窒素を導入する場合、アルミナの問題に対する解決策を見出すことができる。
IMSのための堆積誘電体層としてのAlNの問題の両方に対する解決策は、堆積誘電体層の製造中に酸素が導入されるときに見出すことができる。酸素の導入は0.001at%のレベルの酸素でドープされた窒化アルミニウムからAlONの形態を通り、0.001at%までのレベルの窒素ドープアルミナにまで及ぶ。同様に、IMS用のアルミナ膜の製造中に窒素を導入する場合、アルミナの問題に対する解決策を見出すことができる。
堆積誘電体層が低酸素濃度を含む場合、堆積誘電体層は、酸素ドープ窒化アルミニウムと呼ぶことができる。堆積された誘電体層が低~中濃度を含む場合、AlONはAlxOyNzの形態である。堆積された誘電体層が高酸素濃度を含む場合、堆積された誘電体層は、窒素ドープAl2O3と呼ばれる。いくつかの実施形態では、窒素がAl2O3中で0.0001~15原子%である。
いくつかの実施形態では、酸素がAlN中で0.0001~15原子%である。いくつかの実施態様において、堆積誘電体層はAlxOyNOzによって形式的に表されるAl-ベースのオキシ窒化物を含み、ここでx、yおよびzはそれぞれAl、酸素および窒素の原子パーセントを表し、変数x、yおよびzの任意の比率は変数x、yおよびzが(1)正の数であり、(2)は0.001を超えるyおよびzレベルを含む代表量より上であり、ここでyは0.001%から49.999%であり、zは0.001%から49.999%であり、ここでy+zは約50である限り、受け入れられる。
本装置は、とりわけAlベースの酸窒化物堆積誘電体層を含むことができる、IMS発明の堆積誘電体層に対する4つの要件を満たす。本開示は、酸窒化物堆積誘電体層のためのベースとしてのAlに限定されず、Gaなどの他のIII族金属、MgおよびCrなどのII族金属、ならびにSiおよびGeなどのIV族半金属にも及ぶことに留意されたい。例えば、堆積誘電体層は、とりわけ、GaON、SiON、またはGeONを含むことができる。
いくつかの実施形態では、堆積された誘電体層が多くの他の化合物の中でも、水素、炭素などのドーピング元素の添加によってさらに強化され、とりわけ、アルミニウムオキシヒドロナイトライド(AlHON)またはアルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)をもたらすことができる。
いくつかの実施形態では、AlがSiGeONなどの第III族金属、第II族金属、および第IV族半金属の任意の組合せで置き換えることができる。
いくつかの実施形態ではAlNおよびAl2O3に対応するAlONのように、堆積誘電体層はとりわけ、窒化シリコン(SiN)および酸化シリコン(SiO2)の対に対応するSiON、窒化チタン(TiN)および酸化チタン(TiO2)に対応するTiON、ならびに窒化マグネシウム(MgN)および酸化マグネシウム(MgO)に対応するMgONを含むことができる。当業者であれば、TiまたはMgを他の金属で置き換えることができることを理解するのであろう。
いくつかの実施形態ではAlNおよびAl2O3に対応するAlONのように、堆積誘電体層はとりわけ、窒化シリコン(SiN)および酸化シリコン(SiO2)の対に対応するSiON、窒化チタン(TiN)および酸化チタン(TiO2)に対応するTiON、ならびに窒化マグネシウム(MgN)および酸化マグネシウム(MgO)に対応するMgONを含むことができる。当業者であれば、TiまたはMgを他の金属で置き換えることができることを理解するのであろう。
本明細書で使用されるように、酸窒化物、窒素ドープ酸化物、または酸素ドープ窒化物堆積誘電体層は、金属酸窒化物と呼ばれる。実施例および開示された実施形態は特定の金属酸窒化物、AlONを参照して記載されているが、他の金属酸窒化物組成物が使用されてもよい。これは、水素または炭素などの追加のドーパント、および追加の金属/半金属の使用を含むことができる。同様に、IMSを製造するために使用される様々な酸化物および窒化物はそれぞれ、特定の酸化物(すなわち、Al2O3)または特定の窒化物(すなわち、AlN)に関して説明することができる。当業者であれば、他の酸化物および窒化物を使用してもよいことを理解するのであろう。さらに、限定ではなく例として、IMSの金属および半金属構造は、Alを指してもよい。しかしながら、他の金属または半金属構造を使用してもよい。
さらに、この方法は任意の特定のコア金属基板に限定されず、AlON IMSは2D平坦面に限定されない。AlON IMSは任意の複雑な形状または複数の形状であり得ることが、当業者によって理解される。
いくつかの実施形態では、基板がとりわけ、コア金属基板、またはグラファイト、熱プラスチック、高温プラスチック、繊維強化複合体(例えば、炭素強化複合体)、セラミックマトリックス複合体、および層状積層体などの非金属ベースの基板を含むことができる。金属及び非金属を含む全ての可能な基板のセットは、ここでは簡略化のためにコア-金属-基板と呼ばれる。
いくつかの実施形態では、基板がとりわけ、コア金属基板、またはグラファイト、熱プラスチック、高温プラスチック、繊維強化複合体(例えば、炭素強化複合体)、セラミックマトリックス複合体、および層状積層体などの非金属ベースの基板を含むことができる。金属及び非金属を含む全ての可能な基板のセットは、ここでは簡略化のためにコア-金属-基板と呼ばれる。
AlON堆積誘電体層はAl2O3およびAlNの特徴を組み合わせることができ、とりわけ、強力な基板対膜接着性、Al2O3よりも高い熱伝導率、より高い誘電率、ならびに金属、半金属および混合金属半金属基板を含む基板への強化された接着性を提供することができる。
一態様では、基板への化学結合がα-Al2O3中の主にイオン性からAlN中の共有結合に変化する。
一態様では、基板への化学結合がα-Al2O3中の主にイオン性からAlN中の共有結合に変化する。
図2Bは、一実施形態による、基板上にランダム化されたAlxOyNzを含むIMSを示す。図2Bに示されるように、AlONは、図1Dに示されるような柱状構造5を形成するための柱状成長ではなく、ランダム化構造6を形成するための非柱状成長を有する。非柱状構造体またはランダム化構造体6は、金属酸窒化物層6と基板3との間の応力/歪みによって引き起こされる亀裂を生じにくい。
図3は一実施形態による、基板上に交互の誘電体層(例えば、金属酸窒化物層)を含むIMSを示す。図3に示すように、多層構造またはフィルム7が基板3上に配置される。多層構造7は、2つの異なる交互に堆積された誘電体層AlON 7AおよびAlON’7Bを含む。
トップメタライゼーションのための変化する組成を有する金属-酸窒化物膜
図3は一実施形態による、基板上に交互の誘電体層(例えば、金属酸窒化物層)を含むIMSを示す。図3に示すように、多層構造またはフィルム7が基板3上に配置される。多層構造7は、2つの異なる交互に堆積された誘電体層AlON 7AおよびAlON’7Bを含む。
トップメタライゼーションのための変化する組成を有する金属-酸窒化物膜
電気的または音響的デバイスを支持するためのIMSは堆積された誘電体層の厚さに沿ったいくつかの点で変化する組成を有することができ、その結果、金属対酸窒化物の比が増加し、金属-酸窒化物層の上に配置された後続の金属または化合物層のための接着が強化される。金属対酸窒化物の比率は、表面で100%もの高い金属とすることができる。さらに、金属-酸窒化物層7Eの金属は図4Cに見られるように、金属表面19からかなりの厚さにわたって続くことができる。
一実施形態では、金属酸窒化物層が基板がるつぼの形状である基板に適用される。次に、るつぼは、とりわけ、抵抗蒸着法および電子ビーム蒸着法を使用する一般的な溶融システムにおいて溶融するために、ニッケルなどの要素を保持するために使用される。
一実施形態では、金属酸窒化物コーティングが基板がヒートパイプなどの相変化冷却システムである基板に塗布される。
一実施形態では、堆積誘電体層SiONはAlSi基板上にある。
一実施形態では、IMSが強化された直接銅結合のためのAlON-Al2O3を含み、ここで、Cuは基板であり、Al2O3はAlONと基板との間の層である
一実施形態では、IMSが強化上部金属ボンディングのためにAlONからAlを含み、Alは図に示すように、金属-酸窒化物後接着層である。4Cおよび4D。
一実施形態では、AlONが炭素-Al基板上に配置される。
一実施形態では、AlONがW-Cu基板上に配置される。
一実施形態では、AlONがCTEに近い整合基板上に配置される。
一実施形態では、金属酸窒化物コーティングが基板がヒートパイプなどの相変化冷却システムである基板に塗布される。
一実施形態では、堆積誘電体層SiONはAlSi基板上にある。
一実施形態では、IMSが強化された直接銅結合のためのAlON-Al2O3を含み、ここで、Cuは基板であり、Al2O3はAlONと基板との間の層である
一実施形態では、IMSが強化上部金属ボンディングのためにAlONからAlを含み、Alは図に示すように、金属-酸窒化物後接着層である。4Cおよび4D。
一実施形態では、AlONが炭素-Al基板上に配置される。
一実施形態では、AlONがW-Cu基板上に配置される。
一実施形態では、AlONがCTEに近い整合基板上に配置される。
図4Aは、一実施形態による、応力緩和のためにAlONに遷移する上面を有する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Aに示すように、IMS 400Aは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Cの組成勾配を含む。組成勾配7CはAlON堆積誘電体層7Cと基板3との間の界面7からAl金属で始まり、AlONに遷移し、AlONはAlON堆積誘電体層7Cの上面11で終わる。組成勾配中のAl金属は、とりわけ、Cu、Ti、TiW、Sn、SnAu、Ag、Cr、V、Sc、Y、およびAuを含む他の金属で置き換えることができる。
図4Bは、一実施形態による、応力緩和のために上面がAlに遷移する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Bに示すように、IMS 400Bは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Dの組成勾配を含む。組成勾配7DはAlON堆積誘電体層7Dと基板3との間の界面15からAlONで始まり、Al金属に遷移し、AlON堆積誘電体層7Dの上面13上でAl金属が終わる。
図4Cは一実施形態による、基板からAlONに遷移し、さらに応力緩和のためにAl上面に遷移するAlを有する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Cに示すように、IMS 400Cは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Eの組成勾配を含む。組成勾配7EはAlON堆積誘電体層7Eと基板3との間の界面17からAl金属で始まり、AlON 21に遷移し、さらにAl金属に遷移し、AlON堆積誘電体層7Eの上面19でAl金属が終わる。
図4Dは、一実施形態による、ポスト金属酸窒化物接着層を用いた応力緩和のための図4Aの組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Dに示すように、IMS 400Dは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Fの組成勾配を含む。組成勾配7FはAlON堆積誘電体層7Fと基板3との間の界面23からAlONで始まり、Al金属に遷移し、AlON堆積誘電体層7Fの上面25上でAl金属が終わる。IMS 400Dはまた、金属から形成され得る金属酸窒化物後接着層27を含む。この金属は、金属酸窒化物層であってもよい堆積誘電体層7F中の金属とは異なっていてもよい。
図4Cは一実施形態による、基板からAlONに遷移し、さらに応力緩和のためにAl上面に遷移するAlを有する組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Cに示すように、IMS 400Cは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Eの組成勾配を含む。組成勾配7EはAlON堆積誘電体層7Eと基板3との間の界面17からAl金属で始まり、AlON 21に遷移し、さらにAl金属に遷移し、AlON堆積誘電体層7Eの上面19でAl金属が終わる。
図4Dは、一実施形態による、ポスト金属酸窒化物接着層を用いた応力緩和のための図4Aの組成勾配を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図4Dに示すように、IMS 400Dは、基板3上のAlON堆積誘電体層7Fの組成勾配を含む。組成勾配7FはAlON堆積誘電体層7Fと基板3との間の界面23からAlONで始まり、Al金属に遷移し、AlON堆積誘電体層7Fの上面25上でAl金属が終わる。IMS 400Dはまた、金属から形成され得る金属酸窒化物後接着層27を含む。この金属は、金属酸窒化物層であってもよい堆積誘電体層7F中の金属とは異なっていてもよい。
図5Aは、一実施形態による、応力緩和のための金属内副層を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図5Aに示すように、IMS 500Aは、AlON堆積誘電体層7と基板3との間に応力低減層29を含む。いくつかの実施形態では、金属または他の化合物の副層を応力低減層として使用することができる。図5Aに示されるように、金属または他の化合物の薄い副層29が、基板3と堆積誘電体層7との間に存在してもよい。薄い副層29は、応力緩和を助けるために塑性変形されてもよい。薄い副層29はまた、付着性を改善するために、または堆積された誘電体層7と基板との間の熱膨張係数(CTE)の不整合を低減するために使用されてもよい。副層29は、プレ金属酸窒化物接着層とも呼ばれる。一実施形態ではIMSが強化された基板結合のためにAlからAlONを含み、Alはプレ金属-酸窒化物接着層である。
図5Bは、一実施形態による、応力緩和のための薄い金属内副層および厚い余分な金属層を有する金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図5Bに示すように、IMS 500Bは、AlON堆積誘電体層7と基板3との間の薄い応力低減層29と、基板3の底部の厚い応力低減層29とを含む。
図5Cは、一実施形態による、応力緩和のための2つの金属酸窒化物層の間に薄い金属内サブレイヤを含むIMSを示す。図5Cに示すように、IMS 500Cは、第1のAlON堆積誘電体層7と、基板3上にある第2のAlON堆積誘電体層7との間に応力低減層29を含む。一実施形態では、IMS 500Cが応力低減方法としてAlON~Al~AlONを含み、Alは応力低減金属層27である。
図5Cは、一実施形態による、応力緩和のための2つの金属酸窒化物層の間に薄い金属内サブレイヤを含むIMSを示す。図5Cに示すように、IMS 500Cは、第1のAlON堆積誘電体層7と、基板3上にある第2のAlON堆積誘電体層7との間に応力低減層29を含む。一実施形態では、IMS 500Cが応力低減方法としてAlON~Al~AlONを含み、Alは応力低減金属層27である。
いくつかの実施形態では、金属または他の化合物の副層を応力低減層として使用することができる。
図6Aは、一実施形態による、基板上にパターン化された堆積誘電体層を含むIMSを示す。図6Aに示すように、IMS 600Aは、基板3上にエッチングされた部分31を有する堆積誘電体層7を含む。
図6Bは、一実施形態による、図6AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図6Bに示すように、IMS基板600Bは、基板3上にエッチング部分31を有する堆積誘電体層7を含む。IMS基板600Bはまた、堆積誘電体層7の上に後続の金属層33を含み、また、基板3に直接接触するように堆積誘電体層7のエッチングされた部分31を充填する。後続の層33は、例えばエッチングによって、堆積された誘電体層7の頂部上にギャップ34を有するようにパターニングされる。
図6Aは、一実施形態による、基板上にパターン化された堆積誘電体層を含むIMSを示す。図6Aに示すように、IMS 600Aは、基板3上にエッチングされた部分31を有する堆積誘電体層7を含む。
図6Bは、一実施形態による、図6AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図6Bに示すように、IMS基板600Bは、基板3上にエッチング部分31を有する堆積誘電体層7を含む。IMS基板600Bはまた、堆積誘電体層7の上に後続の金属層33を含み、また、基板3に直接接触するように堆積誘電体層7のエッチングされた部分31を充填する。後続の層33は、例えばエッチングによって、堆積された誘電体層7の頂部上にギャップ34を有するようにパターニングされる。
図7Aは、一実施形態による、基板の上部および底部の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図7Aに示すように、IMS 700Aは、基板3と、基板3の上面および底面の両方に堆積誘電体層7とを含む。堆積誘電体層7の厚さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。シード層(図示せず)は、堆積された誘電体層7と基板3との間に存在してもよい。シード層は、とりわけ、Ti、TiW、Crを含むことができる。基板3の両面は電気的絶縁および応力緩和のために、堆積誘電体層7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面が応力除去のために堆積誘電体層7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面を堆積誘電体層7でコーティングして、その後のIMSの使用における次のレベルのステップへの統合を促進することができる。
一実施形態では、基板3の両面を同じ厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面が異なる厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面が応力除去のために堆積誘電体層7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面を堆積誘電体層7でコーティングして、その後のIMSの使用における次のレベルのステップへの統合を促進することができる。
一実施形態では、基板3の両面を同じ厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
一実施形態では、基板3の両面が異なる厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
図7Bは、一実施形態による、基板の上部および底部ならびに2つの側壁の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図7Bに示すように、IMS 700Bは、基板3と、基板3の上部、底部、および側壁上の堆積誘電体層7とを含む。
図7Cは、一実施形態による、基板の上部および2つの側壁の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図7Cに示すように、IMS 700Cは、基板3と、基板の上部および側壁上の堆積誘電体層7とを含む。
コアメタル基板
図7Cは、一実施形態による、基板の上部および2つの側壁の上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図7Cに示すように、IMS 700Cは、基板3と、基板の上部および側壁上の堆積誘電体層7とを含む。
コアメタル基板
一実施形態では金属酸窒化物層が基板に適用され、基板は熱を放散するために金属フィンで成形される。そのような実施形態では、フィンが強制空気、水などの液体、または任意の他の一般に知られている冷却方法で自然に冷却されてもよい。
図8Aは、一実施形態による、フィン付き基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図8Aに示すように、IMS 800Aは、誘電体層7の反対側にフィン付き部分35を有するコア金属基板3上に堆積誘電体層7を含む。フィン付き部分35は、より良好な熱抽出のために基板3の表面積を拡大する。図8Bは、一実施形態による、テクスチャ加工された基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
図8Aは、一実施形態による、フィン付き基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。図8Aに示すように、IMS 800Aは、誘電体層7の反対側にフィン付き部分35を有するコア金属基板3上に堆積誘電体層7を含む。フィン付き部分35は、より良好な熱抽出のために基板3の表面積を拡大する。図8Bは、一実施形態による、テクスチャ加工された基板上に金属酸窒化物層を含むIMSを示す。
図8Bに示すように、IMS 800Bは、より良好な熱抽出のためにテクスチャ加工された表面37を有するコア金属基板3上に堆積誘電体層7を含む。図示のように、堆積誘電体層7は、テクスチャ加工された表面上に配置される。
一実施形態では、基板が堆積によるあらゆる変形に対抗するように予め成形することができる。図8Cは、一実施形態によるプレストレス基板を示す。図8Cに示すように、基板3は、機械的手段によって予め応力を加えることができる。コア-金属-基板のプレストレス/歪み制御は、物理的な手段によっても達成することができる。
一実施形態では、コア-金属-基板がより良好な熱抽出のために能動的に冷却されてもよい。
一実施形態では基板が後続のサブコンポーネントに切断することができ、ここで、基板は依然として1つまたは多数の小さな取り付け点を介して取り付けられる。
一実施形態では、基板がキャリアウェーハに結合することができる。キャリアウェハは、任意の材料であってよい。
一実施形態では、コア-金属-基板がより良好な応力/歪み管理のためにテクスチャ加工される。
一実施形態では、基板が堆積によるあらゆる変形に対抗するように予め成形することができる。図8Cは、一実施形態によるプレストレス基板を示す。図8Cに示すように、基板3は、機械的手段によって予め応力を加えることができる。コア-金属-基板のプレストレス/歪み制御は、物理的な手段によっても達成することができる。
一実施形態では、コア-金属-基板がより良好な熱抽出のために能動的に冷却されてもよい。
一実施形態では基板が後続のサブコンポーネントに切断することができ、ここで、基板は依然として1つまたは多数の小さな取り付け点を介して取り付けられる。
一実施形態では、基板がキャリアウェーハに結合することができる。キャリアウェハは、任意の材料であってよい。
一実施形態では、コア-金属-基板がより良好な応力/歪み管理のためにテクスチャ加工される。
コア金属基板のプレストレス/歪み解放は、コア金属基板または堆積誘電体層に対する二次/追加層または厚さ変化の裏面パターニングによっても達成することができる。
一実施形態では、基板がウェーハの裏面にコーティングを施すことによってプレストレスを受けることができる。このコーティングは、固体である必要はなく、パターン化されたコーティングを有することが好ましい場合がある。
一実施形態では、基板の変形が前面または背面のいずれかにコーティングを塗布することによって軽減することができる。このコーティングは、固体である必要はなく、パターン化されたコーティングを有することが好ましい場合がある。
一実施形態では、基板が熱の反りまたは変形を軽減するために、堆積中に冷却することができる。
IMS委員会
一実施形態では、基板がウェーハの裏面にコーティングを施すことによってプレストレスを受けることができる。このコーティングは、固体である必要はなく、パターン化されたコーティングを有することが好ましい場合がある。
一実施形態では、基板の変形が前面または背面のいずれかにコーティングを塗布することによって軽減することができる。このコーティングは、固体である必要はなく、パターン化されたコーティングを有することが好ましい場合がある。
一実施形態では、基板が熱の反りまたは変形を軽減するために、堆積中に冷却することができる。
IMS委員会
IMSボードのいくつかの例示的な構成を以下に示す。当業者であれば、IMSの構成は様々であってよいことを理解するのであろう。
図9Aは、一実施形態による、図2AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Aに示すように、IMS基板900Aはコア金属基板3上に配置された堆積誘電体層7(例えば、金属酸窒化物層またはAl x O y N z)上の後続の金属層41を含む。
図9Bは、一実施形態による、図4AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Bに示すように、IMS基板900Bは、コア金属基板3上に配置された堆積誘電体層7Gの組成勾配上に後続の金属層41を含む。
図9Cは、一実施形態による、基板上の組成勾配層および堆積誘電体層を含むIMS上の後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Cに示すように、IMSボード900Cは堆積誘電体層7Hの組成勾配上に続く金属層41を含み、堆積誘電体層7の上に配置され、これはさらにコア金属基板3の上に配置される。
図9Dは、一実施形態による、複数の応力低減層および堆積誘電体層を含むIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Dに示すように、IMS基板900Dは、第1の応力低減層29の上の第1の後続の金属層41と、堆積誘電体層7と、基板3の上の第2の応力低減層29とを含む。IMS基板900Dはまた、基板3の底部上に第3のより厚い応力低減層29を含む。IMS基板900Dは、第3の後続金属層41に隣接する第2の後続金属層41をさらに含む。
IMSのシステム
図9Aは、一実施形態による、図2AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Aに示すように、IMS基板900Aはコア金属基板3上に配置された堆積誘電体層7(例えば、金属酸窒化物層またはAl x O y N z)上の後続の金属層41を含む。
図9Bは、一実施形態による、図4AのIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Bに示すように、IMS基板900Bは、コア金属基板3上に配置された堆積誘電体層7Gの組成勾配上に後続の金属層41を含む。
図9Cは、一実施形態による、基板上の組成勾配層および堆積誘電体層を含むIMS上の後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Cに示すように、IMSボード900Cは堆積誘電体層7Hの組成勾配上に続く金属層41を含み、堆積誘電体層7の上に配置され、これはさらにコア金属基板3の上に配置される。
図9Dは、一実施形態による、複数の応力低減層および堆積誘電体層を含むIMS上に後続の金属層を含むIMSボードを示す。図9Dに示すように、IMS基板900Dは、第1の応力低減層29の上の第1の後続の金属層41と、堆積誘電体層7と、基板3の上の第2の応力低減層29とを含む。IMS基板900Dはまた、基板3の底部上に第3のより厚い応力低減層29を含む。IMS基板900Dは、第3の後続金属層41に隣接する第2の後続金属層41をさらに含む。
IMSのシステム
図10Aは、一実施形態による、パターン化されたIMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。図10Aに示すように、IMSシステム1000Aは基板3によって支持された堆積誘電体層7の上に、パターン化された後続の金属層41を含む。IMSシステム1000Aはまた、堆積誘電体層7に取り付けられた電子デバイス43を含む。IMSシステム1000Aは、後続の金属層41と電子デバイス43との間に接続されたワイヤ45をさらに含む。
図10Bは、一実施形態による、異なるパターン化されたIMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。図10Bに示すように、IMSシステム1000Bは、基板3によって支持された堆積誘電体層7の上にパターン化された後続の金属層41を含む。IMSシステム1000Bは、堆積誘電体層7の上に配置された後続の金属層41に取り付けられた電子デバイス43も含む。IMSシステム1000Bは、後続の金属層41と電子デバイス43との間に接続されたワイヤ45をさらに含む。
一実施形態では、金属酸窒化物層は基板がるつぼまたは3次元(3D)の形状である基板に適用される。次いで、るつぼは、LED、IGBT、および圧電デバイスなどの電子デバイスを保持するために使用される。
一実施形態では、金属酸窒化物層は基板がるつぼまたは3次元(3D)の形状である基板に適用される。次いで、るつぼは、LED、IGBT、および圧電デバイスなどの電子デバイスを保持するために使用される。
図10Cは、一実施形態による、2Dパターン化IMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。図10Cに示すように、IMSシステム1000Cは、3D基板3によって支持された3D堆積誘電体層7の平坦な底部上に2Dパターン化された後続の金属層41を含む。IMSシステム1000Cは、パターン化された後続の金属層41に取り付けられた電子デバイス43も含む。IMSシステム1000Aは、後続の金属層41と電子デバイス43との間に接続されたワイヤ45をさらに含む。
図10Dは、一実施形態による、3D IMSボード上に電子デバイスを含むIMSシステムを示す。図10Dに示すように、IMSシステム1000Dは、3D基板3によって支持された3D堆積誘電体層7を含む3D IMS基板上の第1の後続金属層41Aを含む。図示のように、第1の後続の層は、基板3の3D形状と同じ3D形状である。IMSシステム1000Cはまた、3D後続金属層41Aの平坦な底部の上に、パターン化された第2後続金属層41Bを含む。パターニングされた第2の後続層41Bは2D形状である。IMSシステム1000Cは、2Dパターン化された第2の後続の金属層41Bに取り付けられた電子デバイス43をさらに含む。IMSシステム1000Aはまた、第2の後続の金属層41Bと電子デバイス43との間に接続されたワイヤ45を含む。第1の後続の金属層41Aは、反射性になるように研磨されてもよく、またはミラーとして使用されてもよい。
高電気絶縁と高熱伝導率
高電気絶縁と高熱伝導率
IMSにおいて生じる問題は、高い熱伝導率および高い誘電率の両方に対する必要性である。AlON堆積誘電体層は、高い熱伝導率および高い電気スタンドオフ電圧を有するコア金属基板上に直接堆積されてきた。
いくつかの実施形態では、電気スタンドオフ電圧がCuおよびSiAl基板上で達成された250ボルト/ミクロン程度の高さであり得る。この電気的スタンドオフ電圧は、電子デバイスの場合、190~200ボルト/ミクロンの標準電気的スタンドオフ電圧を超える。
いくつかの実施形態では、電気スタンドオフ電圧がCuおよびSiAl基板上で達成された250ボルト/ミクロン程度の高さであり得る。この電気的スタンドオフ電圧は、電子デバイスの場合、190~200ボルト/ミクロンの標準電気的スタンドオフ電圧を超える。
AION誘電体層は、Nb基板上に形成することができる。表1は、Nb基板上のAlON誘電体層の様々な酸素及び窒素組成を示す。
表1に示すように、窒素に対する酸素の比率はAlONサンプルによって変化する。例えば、サンプル1、左側のカラムの上部は1.224重量%のNおよび10.013重量%のOを有し、サンプル2、左側のカラムの上部からの第2のカラムは25.247重量%のNおよび7.641重量%のOを有し、サンプル3、左側のカラムの上部からの第3のカラムは22.352重量%のNおよび4.761重量%のOを有し、サンプル4、左側のカラムの下部は28.157重量%のNおよび2.837重量%のOを有し、サンプル5、右側のカラムの上部は27.692重量%のNおよび22.367重量%のOを有し、サンプル6、右側のカラムの上部からの第2のカラムは18.678重量%のNおよび30.056重量%のOを有し、サンプル7、右側のカラムの下部は26.277重量%のNおよび5.069重量%のOを有する。
酸素対窒素の比を変化させることによって、基板に対するAlON誘電体層の接着性は変化し得、AlON誘電体層のCTEも変化し得る。
AlON誘電体層中の酸素含有量が増加すると、酸素含有量が増加することにつれて結合が改善される。また、電気絶縁電圧は、酸素含有量と共に増加する。例えば、酸素含有量が比較的低い場合、AlNの柱状構造はランダム化構造に向かって変化している。酸素含有量が閾値を超えると、柱状構造を無くすことができる。その代わりに、図2Bに示すように、ランダム化構造6が基板3上に形成される。
AlON誘電体層中の酸素含有量が増加すると、酸素含有量が増加することにつれて結合が改善される。また、電気絶縁電圧は、酸素含有量と共に増加する。例えば、酸素含有量が比較的低い場合、AlNの柱状構造はランダム化構造に向かって変化している。酸素含有量が閾値を超えると、柱状構造を無くすことができる。その代わりに、図2Bに示すように、ランダム化構造6が基板3上に形成される。
金属-酸窒化物層(例えばAlON)の電気抵抗率が増加すると、電気絶縁性が増加する。表2は、厚さ10μmのAlON誘電体層における抵抗率対酸素レベルを示す。
示されるように、電気抵抗率は酸素レベルと共に増加する。例えば、酸素が0%から4%に増加すると、電気抵抗率は3.2×1013 オーム*mから117.2×1013 オーム*mに有意に増加する。酸素が4%から10%および20%に連続的に増加すると、電気抵抗率は1.4×1015 オーム*mに増加し、これは純Al2O3の3.4×1014よりもさらに高い。
一実施形態では、他の元素または化合物を使用して、堆積中に熱伝導率を増大させることができる。
一実施形態では、IMSが50 V/μmを超える降伏電圧を有する。
基板への接着
一実施形態では、他の元素または化合物を使用して、堆積中に熱伝導率を増大させることができる。
一実施形態では、IMSが50 V/μmを超える降伏電圧を有する。
基板への接着
IMSに関する別の問題は、堆積された誘電体層がコア-金属-基板に対して十分な接着性を有する必要があることである。一例として、AlON IMSは、100℃~200℃の範囲の標準加熱温度振動および400℃~500℃の範囲の高加熱温度振動を伴う一連の急速熱サイクルに供された。AlONのアナモルフィックな性質は、コア-金属-基板表面におけるランダムな結合をもたらす。再び図2Bを参照すると、IMSは、ランダム化された堆積誘電体層を含む。AlONを有するCu基板の場合には、Cu-O、Cu-N、Al-Cu、Al-O-N、Cu-O-N結合を形成することができる。Hの添加により、金属-酸窒化物および水酸化物結合を形成することができる。これらの結合の全ては、より強く、より弾力性のある接着をもたらす。
一実施形態では、金属-金属-O結合(下側基板に結合する非柱状微結晶構造)が強いAl-Cu結合の両方を可能にする。
一実施形態では、金属-金属-O結合(下側基板に結合する非柱状微結晶構造)が強いAl-Cu結合の両方を可能にする。
さらに、図に示されるように、基板からAlONへの金属組成勾配遷移を作り出すことによって。4A~4Cでは、接着力をさらに増大させることができ、AlONと基板との間の応力/歪みを変化させることができる。金属組成勾配は、オングストロームから数十ミクロン以上の範囲の厚さを有することができる。金属組成勾配は、任意の金属または化合物から作ることができることに留意されたい。また、金属組成勾配は、金属または金属/化合物のいずれかの混合物から作ることができる。
いくつかの実施形態では、遊離金属対金属-酸窒化物の比率が金属-酸窒化物層の接着を強化するために、後続の金属層の堆積表面からさらに減少する。
いくつかの実施形態では、遊離金属対金属-酸窒化物の比率が金属-酸窒化物層の接着を強化するために、後続の金属層の堆積表面からさらに減少する。
一実施形態では、AlON中の元素の組成勾配を使用して他の元素を堆積させて、接着性を増大させる。
一実施形態では、他の要素を使用して、堆積中に接着力を増大させて応力プロファイルを変更することができる。
一実施形態では、他の要素がAl、Cu、Ti、W、Si、Ni、Ta、Os、Siであってもよく、個々にまたはそれらの任意の混合物であってもよい。
一実施形態では、S、P、As、Cr、V、Ag、Au、in、Cd、B、Mg、Gaなどの他の化合物を、個別に、またはそれらの任意の混合物中で、堆積中の接着性を増大させるために使用することができる。
熱膨張係数(CTE)不整合力
一実施形態では、他の要素を使用して、堆積中に接着力を増大させて応力プロファイルを変更することができる。
一実施形態では、他の要素がAl、Cu、Ti、W、Si、Ni、Ta、Os、Siであってもよく、個々にまたはそれらの任意の混合物であってもよい。
一実施形態では、S、P、As、Cr、V、Ag、Au、in、Cd、B、Mg、Gaなどの他の化合物を、個別に、またはそれらの任意の混合物中で、堆積中の接着性を増大させるために使用することができる。
熱膨張係数(CTE)不整合力
IMSのさらなる問題は熱膨張係数(CTE)不整合力、応力、および/またはひずみであり、本明細書ではまとめて、金属と堆積誘電体層との間の熱膨張力と呼ばれ、金属組成勾配は熱膨張力を制御するためにさらに使用することができ、または第2の層を、熱膨張力を相殺する金属組成勾配上に追加することができる。
Cu基板上のAlNでは、高熱膨張係数(CTE)不整合(CTE)はAlNで4.5×10-6/℃、Cuで17×10-6/℃である。アルミニウムをコア‐金属‐基質として用いた場合、ミスマッチはさらに増加する(アルミニウムの場合、CTEは23×10-6/℃)。CTE不整合は、熱サイクル下で亀裂及び層間剥離を引き起こすことがある。
再び図5Aを参照すると、アルミニウム層はコア金属基板3と堆積誘電体層7との間に、コア金属基板と堆積誘電体層との間の力(単純化のために力が使用される)を緩和するアルミニウム層の弾性変形、塑性変形、剪断力変形、または滑り変形を可能にするような厚さ、および/または結晶質および/または粒径(本明細書では単純化のための厚さ)の層内29として追加することができる。
以下の全ての場合において、アルミニウムが単純化のために使用されるが、他の金属が使用され得、そして特にZn、Ag、Au、In、Sn、Cdを含む単一の金属、およびとりわけSnAl、AlInを含む金属の合金が使用されるが、これらに限定されない。
一実施形態では、遊離金属対金属-酸窒化物の比率が堆積表面からさらに減少して、金属-酸窒化物層の応力低減を強化する。
一実施形態では、CTE不整合から応力/歪みを低減するために、基板3の両面を同じ厚さまたは異なる厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
一実施形態では、遊離金属対金属-酸窒化物の比率が堆積表面からさらに減少して、金属-酸窒化物層の応力低減を強化する。
一実施形態では、CTE不整合から応力/歪みを低減するために、基板3の両面を同じ厚さまたは異なる厚さのAlON 7でコーティングすることができる。
図を参照する。再び4A~4Cでは、AlON 7はAlONの組成勾配を用いて堆積される。組成勾配は、応力プロファイルを変化させるか、または後続の金属層の接着を変化させることができる。堆積された組成勾配は図4Dに示されるように、基板3の上部のAlONとして始まり、Al表面として終わる。次に、金属層27がAl表面上に堆積される。
一実施形態では、基板3の両面をAlON 7で一方の面を被覆し、第2の面を応力/歪み緩和層で被覆することができる。
一実施形態では、層のCTEを変化させるために、または基板材料のCTEにより良く一致させるために、酸素対窒素比を勾配内で変化させることができる。
一実施形態では、基板がコーティングの適用によって事前マスキングすることができる。
一実施形態では、基板が基板上の所望の塗布領域のネガ画像の形態で物理的ハードマスクを塗布することによって、事前マスクすることができる。
基板表面の調製および酸素処理
一実施形態では、基板3の両面をAlON 7で一方の面を被覆し、第2の面を応力/歪み緩和層で被覆することができる。
一実施形態では、層のCTEを変化させるために、または基板材料のCTEにより良く一致させるために、酸素対窒素比を勾配内で変化させることができる。
一実施形態では、基板がコーティングの適用によって事前マスキングすることができる。
一実施形態では、基板が基板上の所望の塗布領域のネガ画像の形態で物理的ハードマスクを塗布することによって、事前マスクすることができる。
基板表面の調製および酸素処理
コア-金属-基板の準備は、結果として得られる堆積誘電体層において重要であり得る。コア-金属-基板の調製は、任意の一般に知られている金属処理によって達成することができる。より高度な方法は、「ナノバブル水および真空紫外線を利用した超平滑Cu表面最終研磨を得るための技術」2012に示されている。湿潤、PH制御表面調製を利用することができる。このような方法は、米国特許第7,153,445B2号に記載されている。さらに、任意の一般的に知られている技術を使用して材料を表面に加えることができ、次いで、材料をバックエッチングまたは上記の方法のいずれかによって除去して、堆積のための所望の表面を得ることができる。方法にかかわらず、目的は、堆積のためのより一貫した表面を達成することである。表面の単純な研磨および平坦化を超えて、他の調製を行うことができる。
一実施形態では、表面と反応した酸素をさらに使用して、基板表面を粗くして、金属-酸窒化物コーティングと基板との機械的結合を増大させる。
一実施形態では、表面と反応した酸素をさらに使用して、コーティングの結晶構造を優先的に変化させて、金属-酸窒化物コーティングと基板との機械的結合を増大させる。
一実施形態では、酸化された前処理を基板上で使用して、金属-酸窒化物コーティングと基板との化学結合を強化する。
一実施形態では、酸化前処理を使用して基板を粗くし、金属-酸窒化物コーティングと基板との機械的結合を増大させる。
一実施形態では、基板の酸化前処理を使用して、金属-酸窒化物コーティングと基板との化学結合を増大させる。
IMS堆積プロセス
一実施形態では、表面と反応した酸素をさらに使用して、コーティングの結晶構造を優先的に変化させて、金属-酸窒化物コーティングと基板との機械的結合を増大させる。
一実施形態では、酸化された前処理を基板上で使用して、金属-酸窒化物コーティングと基板との化学結合を強化する。
一実施形態では、酸化前処理を使用して基板を粗くし、金属-酸窒化物コーティングと基板との機械的結合を増大させる。
一実施形態では、基板の酸化前処理を使用して、金属-酸窒化物コーティングと基板との化学結合を増大させる。
IMS堆積プロセス
一実施形態では、金属酸窒化物堆積誘電体層(例えば、AlON)が銅基板上に堆積されて、堆積誘電体層として作用する。銅基板上へのAlONの堆積は、窒素源からの窒素含有ガスおよび酸素源からの酸素含有ガス中でのアルミニウム金属の反応性スパッタリングを含むことができる。
いくつかの実施形態では、酸素源がとりわけ、O2、O3、H2O、H2O2清浄乾燥空気を含むことができる。
いくつかの実施形態では、窒素源がとりわけ、N2、アンモニア(NH3)、クリーンドライエア、N2O、N2O、N2O2を含むことができる。
いくつかの実施形態では、AlONが堆積された誘電体層の電気絶縁を強化するために、追加のドーパント水素を使用して堆積されてもよい。
いくつかの実施形態では、AlONの堆積がとりわけ、スパッタリング、CVD、プラズマ強化CVD(PECVD)を含むことができる。
IMSボード処理
いくつかの実施形態では、酸素源がとりわけ、O2、O3、H2O、H2O2清浄乾燥空気を含むことができる。
いくつかの実施形態では、窒素源がとりわけ、N2、アンモニア(NH3)、クリーンドライエア、N2O、N2O、N2O2を含むことができる。
いくつかの実施形態では、AlONが堆積された誘電体層の電気絶縁を強化するために、追加のドーパント水素を使用して堆積されてもよい。
いくつかの実施形態では、AlONの堆積がとりわけ、スパッタリング、CVD、プラズマ強化CVD(PECVD)を含むことができる。
IMSボード処理
別の問題は完全に組み立てられたIMS基板を作るために、後続の金属層へのIMSの接着である。後続の金属層の堆積誘電体層への接着は、2つの方法を使用することによって達成することができる。
第1の方法は、基板上に金属組成勾配層を形成することができる。金属組成勾配はAlONから、後続の金属層のための堆積表面における金属へと遷移することができる。この金属組成勾配は、原子の厚さから数十μmまでの範囲とすることができる。金属組成勾配層は任意の金属または化合物から、また金属の合金または金属と化合物の混合物から作ることができることに留意されたい。この金属組成勾配層は完全に組み立てられたIMS基板を作るために、後続の金属層のためのシード層として作用することができる。
第1の方法は、基板上に金属組成勾配層を形成することができる。金属組成勾配はAlONから、後続の金属層のための堆積表面における金属へと遷移することができる。この金属組成勾配は、原子の厚さから数十μmまでの範囲とすることができる。金属組成勾配層は任意の金属または化合物から、また金属の合金または金属と化合物の混合物から作ることができることに留意されたい。この金属組成勾配層は完全に組み立てられたIMS基板を作るために、後続の金属層のためのシード層として作用することができる。
Alは、いくつかの理由で勾配層にとって良好な金属であり得る。第1に、Alは実行の容易さを提供する。一実施形態では、Al組成勾配が勾配層の堆積中に勾配層内の酸素および窒素のレベルを低下させることによって形成することができる。Al勾配層は、Al表面で終端する。次いで、Al表面は任意の公知の方法、すなわち、金属蒸着、任意のPH範囲下でのめっき法、または、例えば、電着を用いて処理することができる。電解めっき、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)および/または上記の任意のプラズマ強化法。Alの前処理は、とりわけ亜鉛酸塩またはスズ酸塩で使用することもできる。
いくつかの実施形態では、Cu、Ti、TiW、Sn、SnAu、Ag、Cr、V、Sc、Y、およびAuも勾配層に適した金属である。
電気的または音響的装置を支持するためのIMSは、強化された接着性を有し得る。他の元素または化合物の添加によって、さらなる増強を行うことができる。
金属組成勾配を形成するプロセスは、とりわけ、基板上に金属組成勾配層を堆積するためのスパッタリング、原子層堆積、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、液相エピタキシ、物理気相堆積(PVD)を含むことができる。金属組成勾配層は、基板上の金属酸窒化物コーティングまたは堆積誘電体層で置き換えることができる。
電気的または音響的装置を支持するためのIMSは、強化された接着性を有し得る。他の元素または化合物の添加によって、さらなる増強を行うことができる。
金属組成勾配を形成するプロセスは、とりわけ、基板上に金属組成勾配層を堆積するためのスパッタリング、原子層堆積、化学気相堆積(CVD)、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、液相エピタキシ、物理気相堆積(PVD)を含むことができる。金属組成勾配層は、基板上の金属酸窒化物コーティングまたは堆積誘電体層で置き換えることができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板上に厚さ10μmのAlON層、厚さ2μmのAl金属組成勾配、厚さ0.25μmのAl副層、厚さ10μmのCu基板、電解銅堆積(EC)、追加のシード層の電解TiおよびTiW堆積、電解パラジウム(EPd)、浸漬金(IG)を形成することを含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、厚さ0.25μmのAl副層、電気化学銅(ECu)、EPd、およびIGを含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、厚さ0.25μmのAl副層、電気化学銅(ECu)、EPd、およびIGを含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、厚さ0.25μmのTi副層、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)、およびECu堆積を含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ1μmのAlON、厚さ0.25μmのTi副層、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、およびECu堆積を含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ1μmのAlON、厚さ0.05μmのCr副層、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、およびECu堆積を含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ1μmのAlON、厚さ0.25μmのTi副層、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、およびECu堆積を含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ1μmのAlON、厚さ0.05μmのCr副層、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、およびECu堆積を含む。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、厚さ0.25μmのAl副層、蒸着銅、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電着、EPd、およびIGを含む。
一実施形態では、このプロセスがAl層の亜鉛酸塩/スズ酸塩処理、EC 5μm Cu、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電着、10μm電着金(EG)5μmを含む。Al層をマスクし、エッチングして、後続の金属層に接着するためのパターンを形成し、完全に組み立てられたIMS基板を作製することができる。
一実施形態では、このプロセスがAl層の亜鉛酸塩/スズ酸塩処理、EC 5μm Cu、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電着、10μm電着金(EG)5μmを含む。Al層をマスクし、エッチングして、後続の金属層に接着するためのパターンを形成し、完全に組み立てられたIMS基板を作製することができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、Alマスクおよびエッチング(パターニング)、追加のシード層(特にTi、Cr、TiWなど)、EC、追加のシード層(特にTi、Cr、TiWなど)の電着、EP、およびIGを含む。
一実施形態では、プロセスが清浄なCu基板、ラップCu基板、電解研磨Cu基板、Cu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、Alマスクおよびエッチング(パターニング)、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、EC、EP、およびIGを含む。
一実施形態では、プロセスが清浄なCu基板、ラップCu基板、電解研磨Cu基板、Cu基板上の厚さ10μmのAlON、厚さ2μmのAl金属組成勾配、Alマスクおよびエッチング(パターニング)、追加のシード層(例えば、とりわけTi、Cr、TiW)の電解堆積、EC、EP、およびIGを含む。
Al層はIMSの製造中にCu(ここでは簡略化のために銅が示されているが、任意の元素金属または半金属を使用することができ、Cuに限定されない)と組み合わせることができる。これは、AlターゲットとCuターゲットとの共スパッタリング(比率を変えることができるように)を使用して、または合金組成が固定された合金ターゲットから行うことができる。この層は、Cu表面またはAl/Cu表面で終わることができる。さらに、Tiのシード層を、IMS基板の製造中に任意のIMSの表面上に堆積させることもできる。
Al層はAlと、AlおよびTiNなどの金属窒化物との混合物とすることができる(ここでも簡略化のためにTiNを示すが、任意の元素金属窒化物または化合物を使用することができ、とりわけTiN、TiW、TiCrに限定されない)。Alの量はゼロとすることができる。
金属リッチ表面の形成方法
Al層はAlと、AlおよびTiNなどの金属窒化物との混合物とすることができる(ここでも簡略化のためにTiNを示すが、任意の元素金属窒化物または化合物を使用することができ、とりわけTiN、TiW、TiCrに限定されない)。Alの量はゼロとすることができる。
金属リッチ表面の形成方法
金属リッチ表面を製造する方法が提供される。金属リッチ表面の場合、追加の金属は、後続の金属層のための機械的結合剤として作用することができる。例えば、追加の金属は再びAl、Ti、W、TiW、Au、AuSn、Cu、Sn、Ag、Cr、V、Sc、およびYであってもよく、AlON層はAlON中のAlが金属リッチであるように非化学量論的になり得、これは後続の金属層への結合を増加させる。
金属リッチ表面を製造するための別の方法も提供される。例えば、材料は酸素および/または窒素不足にすることができ、同じ機能を果たすことができる。勾配金属層の場合のように、金属リッチ表面を生成するために使用される金属はAlON膜でなくてもよい(すなわち、Alである必要はない)。
成長中または成長後に、他の材料を添加することができる。一例では、成長中にAlONにCuを添加することができる。次に、このCuをマスクすることができ、Cuをエッチング除去して、優先的な金属リッチ領域を残すことができる。この方法は、任意の金属リッチ表面の場合にも使用することができる。
成長中または成長後に、他の材料を添加することができる。一例では、成長中にAlONにCuを添加することができる。次に、このCuをマスクすることができ、Cuをエッチング除去して、優先的な金属リッチ領域を残すことができる。この方法は、任意の金属リッチ表面の場合にも使用することができる。
金属リッチな表面を作るための追加の方法が提供される。この方法は、Alリッチな表面を形成するためにパターン熱処理を使用する。この方法では、表面を優先的に加熱してAlONをAlリッチな表面に分解する。この分解は真空中でのマスキングされた領域の分解を抑制するために、マスキングを用いて局所的または全体的に行うことができる。この分解は、レーザーを用いて行うこともできる。
さらに、上記のいずれの方法も、当業者に知られている従来の方法を用いてパターン化することができる。
さらに、上記のいずれの方法も、当業者に知られている従来の方法を用いてパターン化することができる。
別の例では、金属アルミナイド(MxAly)がAl金属組成勾配または金属リッチサーフェス法によって形成することができる。
金属リッチ表面を含むIMSを形成するためのプロセスは、以下の実施形態を含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄するステップと、Cu基板をラッピングするステップと、Cu基板を電解研磨するステップと、Cu基板上に10μmのAlONを形成するステップと、0.25μmのAlリッチAlONをAlON上に形成するステップと、シード層と、ECと、追加のシード層と、EPと、IGとを含むことができる。
金属リッチ表面を含むIMSを形成するためのプロセスは、以下の実施形態を含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄するステップと、Cu基板をラッピングするステップと、Cu基板を電解研磨するステップと、Cu基板上に10μmのAlONを形成するステップと、0.25μmのAlリッチAlONをAlON上に形成するステップと、シード層と、ECと、追加のシード層と、EPと、IGとを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄するステップと、Cu基板をラッピングするステップと、Cu基板を電解研磨するステップと、Cu基板上に10μmのAlONを形成するステップと、0.05μmのCuリッチAlONをAlON上に形成するステップと、深さ0.051μmのパターンのレーザエッチングと、レーザエッチングからの過剰なAlを除去するためのAlエッチングと、ECと、追加のシード層と、EPと、IGとを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電解研磨すること、Cu基板上に10μmのAlONを形成すること、金属リッチ領域を生成するための熱処理をパターン化すること、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電解研磨すること、Cu基板上に10μmのAlONを形成すること、0.051μmの深さのパターンをレーザエッチングして、過剰なAlを有する凹型トレースパターンを生成すること、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電解研磨すること、10μmのAlONからCu基板上に1μmのCuを形成すること、0.051μmの深さのパターンをレーザエッチングして、過剰なAlを有する凹型トレースパターンを生成すること、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電解研磨すること、Cu基板上に10μmのAlONを形成すること、0.051μmの深さのパターンをレーザエッチングして、過剰なAlを有する凹型トレースパターンを生成すること、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含むことができる。
一実施形態では、プロセスがCu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電解研磨すること、10μmのAlONからCu基板上に1μmのCuを形成すること、0.051μmの深さのパターンをレーザエッチングして、過剰なAlを有する凹型トレースパターンを生成すること、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含むことができる。
1つの実施形態において、プロセスは、Cu基板を洗浄すること、Cu基板をラッピングすること、Cu基板を電気研磨すること、Cu基板上に10μmのAlONを形成すること、AlON上の0.05μmのAlリッチAlON、選択的マスキング(フォトまたはその他)、非マスク領域から過剰なAlを除去するためのAlエッチング(湿エッチングまたはドライエッチング)、マスク除去、EC、追加のシード層、EP、およびIGを含み得る。
一実施形態では、自由金属対金属-酸窒化物の比が後続の金属層の堆積表面からさらに減少して、金属膜上の金属酸窒化物層の応力低減を強化するように、金属酸窒化物層を有するコア金属基板の上の金属膜。
一実施形態では、自由金属対金属-酸窒化物の比が後続の金属層の付着または後続の金属層の応力低減を強化するために、後続の金属層の堆積表面に近づくにつれて増加する。
一実施形態では、自由金属対金属-酸窒化物の比が塑性変形から応力低減層を作用させる後続の金属層の接着性を高めるために、後続の金属層の堆積表面に近づくにつれて増加する。
Al金属組成勾配または金属リッチ表面を含むIMSについては真空を破壊することなく前記製造方法を適用/実行することが好ましいが、必ずしも必要ではない。
金属-酸窒化物膜の性質
熱伝導率とスタンドオフ電圧
一実施形態では、自由金属対金属-酸窒化物の比が後続の金属層の付着または後続の金属層の応力低減を強化するために、後続の金属層の堆積表面に近づくにつれて増加する。
一実施形態では、自由金属対金属-酸窒化物の比が塑性変形から応力低減層を作用させる後続の金属層の接着性を高めるために、後続の金属層の堆積表面に近づくにつれて増加する。
Al金属組成勾配または金属リッチ表面を含むIMSについては真空を破壊することなく前記製造方法を適用/実行することが好ましいが、必ずしも必要ではない。
金属-酸窒化物膜の性質
熱伝導率とスタンドオフ電圧
電気または音響装置を支持するためのIMSは、コア金属基板と、酸窒化物、窒素ドープ酸化物、または酸素ドープ窒化物層によって少なくとも部分的に形成された堆積誘電体層とを含む。いくつかの実施形態では、堆積誘電体層が50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧および1W/mKを超える熱伝導率を有する。いくつかの実施形態では、堆積誘電体層が100v/μmを超えるスタンドオフ電圧および5W/mKを超える熱伝導率を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、堆積誘電体層が150v/μmを超えるスタンドオフ電圧および10 W/mKを超える熱伝導率を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、堆積誘電体層が200v/μmを超えるスタンドオフ電圧および15 W/mKを超える熱伝導率を有する可能性がある。いくつかの実施形態では、堆積誘電体層が200v/μmを超えるスタンドオフ電圧および100 W/mKを超える熱伝導率を有する可能性がある。
堆積された誘電体層は、十分な電気絶縁および熱絶縁を提供するのに十分な厚さであってもよい。いくつかの実施態様において、誘電体膜は、50nm~500μmの範囲、好ましくは1μm~100μmの範囲、最も好ましくは5μm~20μmの範囲の厚さを有する。
金属-酸窒化物膜の耐熱衝撃性
堆積された誘電体層は、十分な電気絶縁および熱絶縁を提供するのに十分な厚さであってもよい。いくつかの実施態様において、誘電体膜は、50nm~500μmの範囲、好ましくは1μm~100μmの範囲、最も好ましくは5μm~20μmの範囲の厚さを有する。
金属-酸窒化物膜の耐熱衝撃性
電気的または音響的装置を支持するためのIMSは熱応力または熱サイクル下での亀裂に対する耐性が強化されていてもよく、一実施形態ではIMSが熱誘発亀裂および層間剥離に対する耐性を有する。
一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-100から500℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-40から160℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が0から100℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-40から700℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が20から500℃まで循環させることができる。
一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-100から500℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-40から160℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が0から100℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が-40から700℃まで循環させることができる。一実施形態では、基板上の金属-酸窒化物膜が20から500℃まで循環させることができる。
一実施形態では、IMSが25~200℃で5℃/分を超える熱サイクルに耐える。
一実施形態では、金属-酸窒化物層を含むIMSが500℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが400℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが300℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが200℃での熱サイクルに対する抵抗を有することができる。一実施形態では、IMSが100℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。
一実施形態では、金属-酸窒化物層を含むIMSがAl2O3よりも低い耐熱性を有する。
一実施形態では、IMSがフィルム中に低~無自由金属を有する。
一実施形態では、IMSが10%未満のパーセント多孔率を有する。
一実施形態では、金属-酸窒化物層を含むIMSが500℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが400℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが300℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。一実施形態では、IMSが200℃での熱サイクルに対する抵抗を有することができる。一実施形態では、IMSが100℃までの熱サイクル後の熱亀裂に対する耐性を有することができる。
一実施形態では、金属-酸窒化物層を含むIMSがAl2O3よりも低い耐熱性を有する。
一実施形態では、IMSがフィルム中に低~無自由金属を有する。
一実施形態では、IMSが10%未満のパーセント多孔率を有する。
図11は、一実施形態によるコア金属基板上の3次元形状のAlONの光学画像である。図11に示すように、上記の方法を用いて、3D基板の全面にAlONを堆積する。
いくつかの実施形態では、AlON層をマスクして、全被覆面積を減少させることができ、その結果、全応力ひずみ力が小さくなる。図12は、一実施形態によるCu基板上の誘電体層の光学画像である。図12に示されるように、IMS 1200は円または正方形のパターン化されたAlメタル層27と、パターン化された円または正方形の間にあり、また左半円上にあるAlxOyNz誘電体層7Fとを含む。以上の方法により、IMSが形成される。
いくつかの実施形態では、AlON層をマスクして、全被覆面積を減少させることができ、その結果、全応力ひずみ力が小さくなる。図12は、一実施形態によるCu基板上の誘電体層の光学画像である。図12に示されるように、IMS 1200は円または正方形のパターン化されたAlメタル層27と、パターン化された円または正方形の間にあり、また左半円上にあるAlxOyNz誘電体層7Fとを含む。以上の方法により、IMSが形成される。
図13は、一実施形態によるCu基板上のAlONの光学画像である。
図13に示すように、IMS 1300は、堆積誘電体層AlON 7とCu基板3とを含む。以上の方法によりAlONが形成される。
AlSi基板上に厚さ3.32μmのAlON膜を有するIMSの場合、降伏電圧は1500ボルトである。
図13に示すように、IMS 1300は、堆積誘電体層AlON 7とCu基板3とを含む。以上の方法によりAlONが形成される。
AlSi基板上に厚さ3.32μmのAlON膜を有するIMSの場合、降伏電圧は1500ボルトである。
いくつかの実施形態を説明したが、本開示の精神から逸脱することなく、様々な修正、代替構造、および均等物を使用することができることが、当業者によって認識されるのであろう。さらに、本明細書に開示される実施形態を不必要に曖昧にすることを避けるために、多くの周知のプロセスおよび要素は記載されていない。したがって、上記の説明は、本文書の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
当業者は、ここに開示された実施形態が限定ではなく例として教示することを理解するのであろう。したがって、上記の説明に含まれる、または添付の図面に示される事項は例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではない。以下の特許請求の範囲は本明細書に記載されるすべての一般的および特定の特徴、ならびに、言語の問題として、それらの間に入ると言われ得る方法およびシステムの範囲のすべてのステートメントを包含することが意図される。
本開示には下記<1>~<40>の態様が含まれる。
<1>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上の第1の誘電体層とを含み、前記誘電体層は金属ベースの酸窒化物および/または半金属ベースの酸窒化物層を含み、前記誘電体層において酸素は0.1at%~49.9 at%であり、窒素は0.
1at%~49.9 at%であり、酸素および窒素の合計は約50 at%である、絶縁金属基板(IMS)。
<2>
前記金属ベースの酸窒化物がAxOyNzを含み、ここでAは金属を表し、yは0.1at%~49.9at%であり、zは0.1at%~49.9at%であり、y+zは約50at%である、<1>に記載のIMS。
<3>
前記半金属ベースの酸窒化物がBxOyNzを含み、ここでBは半金属を表し、yは0.1at%~49.9at%であり、zは0.1at%~49.9at%であり、y+zは約50at%である、<1>に記載のIMS。
<4>
前記誘電体層は1つまたは複数の元素を含む、<1>に記載のIMS。
<5>
前記第1の誘電体層が、金属ベースの酸窒化物、III族金属ベースの酸窒化物、II族金属ベースの酸窒化物、IV族半金属ベースの酸窒化物、オキシハイドロナイトライド、およびオキシカルボナイトライドからなる群から選択される材料を含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載のIMS。
<6>
前記第1の誘電体層は、アルミニウム酸窒化物(AlON)、アルミニウムオキシハイドロナイトライド(AlHON)、アルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)、SiGeON、GaON、SiON、およびGeONからなる群から選択される材料を含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載のIMS。
<7>
前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材料を含む、<1>~<6>のいずれか1つに記載のIMS。
<8>
前記基板が、Cu、Al、AlSi、C-Al、W-Cu、およびTiのうちの1つを含む、<1>~<7>のいずれか1つに記載のIMS。
<9>
前記基板は、二次元形状または三次元形状である、<1>~<8>のいずれか1つに記載のIMS。
<10>
前記基板がフィン状構造を含む、<1>~<9>のいずれか1つに記載のIMS。
<11>
前記基板はプレストレスされている、<1>~<10>のいずれか1つに記載のIMS。
<12>
前記第1の誘電体層が、前記基板のテクスチャ表面上に配置される、<1>~<11>のいずれか1つに記載のIMS。
<13>
前記第1の誘電体層は、複数の凹部を備える、<1>~<12>のいずれか1つに記載のIMS。
<14>
前記基板と前記誘電体層との間に応力低減金属層をさらに備える、<1>~<13>のいずれか1つに記載のIMS。
<15>
前記基板の第1の側面上の第1の応力低減金属層と、前記基板の第2の側面上の第2の応力低減金属層とをさらに備える、<1>~<14>のいずれか1つに記載のIMS。
<16>
前記第1の誘電体層の上にプレメタル-酸窒化物接着層をさらに含む、<1>~<15>のいずれか1つに記載のIMS。
<17>
前記基板の側壁および/または底部を覆う第2の誘電体層をさらに備える、<1>~<16>のいずれか1つに記載のIMS。
<18>
前記第1の誘電体層は、第1の誘電体層および第2の誘電体層の交互層を含む、<1>~<17>のいずれか1つに記載のIMS。
<19>
前記第1の誘電体層が金属-酸窒化物組成勾配を含む、<1>~<18>のいずれか1つに記載のIMS。
<20>
前記基板の前記第2の側面上の第2の誘電体層をさらに備える、<1>~<19>のいずれか1つに記載のIMS。
<21>
前記第1の誘電体層は、50nm以上500μm以下の範囲の厚さを有する、<1>~<20>のいずれか1つに記載のIMS。
<22>
前記金属系酸窒化物がAlONを含み、前記AlONがランダム構造を含む、<1>~<21>のいずれか1つに記載のIMS。
<23>
前記第1の誘電体層は、1W/mk以上の熱伝導率と、50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧とを有する、<1>~<22>のいずれか1つに記載のIMS。
<24>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の酸素を含む酸素ドープAlN層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。<25>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の窒素を含む窒素ドープAl2O3層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。
<26>
前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材
料を含む、<24>または<25>に記載のIMS。
<27>
前記基板は、二次元形状または三次元形状である、<24>~<26>のいずれか1つに記載のIMS。
<28>
前記基板がフィン状構造を含む、<24>~<27>のいずれか1つに記載のIMS。<29>
前記基板は、プレストレスされている、<24>~<28>のいずれか1つに記載のIMS。
<30>
前記第1のAlN層またはAl2O3層は、前記基板のテクスチャード表面の上に配置される、<24>~<29>のいずれか1つに記載のIMS。
<31>
前記AlN層またはAl2O3層は、複数の凹部を含む、<24>~<30>のいずれか1つに記載のIMS。
<32>
前記基板と前記AlN層との間に金属層をさらに含む、<24>~<31>のいずれか1つに記載のIMS。
<33>
前記AlN層またはAl2O3層は、前記基板の側面または底部を覆う、<24>~<32>のいずれか1つに記載のIMS。
<34>
前記基板の第2の面の上に第2のAlN層またはAl2O3層をさらに含む、<24>~<33>のいずれか1つに記載のIMS。
<35>
前記第1のAlNまたはAl2O3が、50nm~500μmの範囲の厚さを有する、<24>~<34>のいずれか1つに記載のIMS。
<36>
前記AlN層またはAl2O3層は、1W/mk以上の熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する、<24>~<35>のいずれか1つに記載のIMS。
<37>
<1>~<36>のいずれか1つに記載のIMS上に更に金属層を備えるIMSボード。
<38>
<37>に記載のIMSボード上に配置された電子デバイスまたは音響デバイスを備える、IMSシステム。
<39>
前記電子デバイスが、発光ダイオード(LED)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、およびトランジスタのうちの1つを備える、<38>に記載のIMSシステム。
<40>
前記音響デバイスは、圧電トランスデューサを備える、<38>に記載のIMSシステム。
本開示には下記<1>~<40>の態様が含まれる。
<1>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上の第1の誘電体層とを含み、前記誘電体層は金属ベースの酸窒化物および/または半金属ベースの酸窒化物層を含み、前記誘電体層において酸素は0.1at%~49.9 at%であり、窒素は0.
1at%~49.9 at%であり、酸素および窒素の合計は約50 at%である、絶縁金属基板(IMS)。
<2>
前記金属ベースの酸窒化物がAxOyNzを含み、ここでAは金属を表し、yは0.1at%~49.9at%であり、zは0.1at%~49.9at%であり、y+zは約50at%である、<1>に記載のIMS。
<3>
前記半金属ベースの酸窒化物がBxOyNzを含み、ここでBは半金属を表し、yは0.1at%~49.9at%であり、zは0.1at%~49.9at%であり、y+zは約50at%である、<1>に記載のIMS。
<4>
前記誘電体層は1つまたは複数の元素を含む、<1>に記載のIMS。
<5>
前記第1の誘電体層が、金属ベースの酸窒化物、III族金属ベースの酸窒化物、II族金属ベースの酸窒化物、IV族半金属ベースの酸窒化物、オキシハイドロナイトライド、およびオキシカルボナイトライドからなる群から選択される材料を含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載のIMS。
<6>
前記第1の誘電体層は、アルミニウム酸窒化物(AlON)、アルミニウムオキシハイドロナイトライド(AlHON)、アルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)、SiGeON、GaON、SiON、およびGeONからなる群から選択される材料を含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載のIMS。
<7>
前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材料を含む、<1>~<6>のいずれか1つに記載のIMS。
<8>
前記基板が、Cu、Al、AlSi、C-Al、W-Cu、およびTiのうちの1つを含む、<1>~<7>のいずれか1つに記載のIMS。
<9>
前記基板は、二次元形状または三次元形状である、<1>~<8>のいずれか1つに記載のIMS。
<10>
前記基板がフィン状構造を含む、<1>~<9>のいずれか1つに記載のIMS。
<11>
前記基板はプレストレスされている、<1>~<10>のいずれか1つに記載のIMS。
<12>
前記第1の誘電体層が、前記基板のテクスチャ表面上に配置される、<1>~<11>のいずれか1つに記載のIMS。
<13>
前記第1の誘電体層は、複数の凹部を備える、<1>~<12>のいずれか1つに記載のIMS。
<14>
前記基板と前記誘電体層との間に応力低減金属層をさらに備える、<1>~<13>のいずれか1つに記載のIMS。
<15>
前記基板の第1の側面上の第1の応力低減金属層と、前記基板の第2の側面上の第2の応力低減金属層とをさらに備える、<1>~<14>のいずれか1つに記載のIMS。
<16>
前記第1の誘電体層の上にプレメタル-酸窒化物接着層をさらに含む、<1>~<15>のいずれか1つに記載のIMS。
<17>
前記基板の側壁および/または底部を覆う第2の誘電体層をさらに備える、<1>~<16>のいずれか1つに記載のIMS。
<18>
前記第1の誘電体層は、第1の誘電体層および第2の誘電体層の交互層を含む、<1>~<17>のいずれか1つに記載のIMS。
<19>
前記第1の誘電体層が金属-酸窒化物組成勾配を含む、<1>~<18>のいずれか1つに記載のIMS。
<20>
前記基板の前記第2の側面上の第2の誘電体層をさらに備える、<1>~<19>のいずれか1つに記載のIMS。
<21>
前記第1の誘電体層は、50nm以上500μm以下の範囲の厚さを有する、<1>~<20>のいずれか1つに記載のIMS。
<22>
前記金属系酸窒化物がAlONを含み、前記AlONがランダム構造を含む、<1>~<21>のいずれか1つに記載のIMS。
<23>
前記第1の誘電体層は、1W/mk以上の熱伝導率と、50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧とを有する、<1>~<22>のいずれか1つに記載のIMS。
<24>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の酸素を含む酸素ドープAlN層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。<25>
第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の窒素を含む窒素ドープAl2O3層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。
<26>
前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材
料を含む、<24>または<25>に記載のIMS。
<27>
前記基板は、二次元形状または三次元形状である、<24>~<26>のいずれか1つに記載のIMS。
<28>
前記基板がフィン状構造を含む、<24>~<27>のいずれか1つに記載のIMS。<29>
前記基板は、プレストレスされている、<24>~<28>のいずれか1つに記載のIMS。
<30>
前記第1のAlN層またはAl2O3層は、前記基板のテクスチャード表面の上に配置される、<24>~<29>のいずれか1つに記載のIMS。
<31>
前記AlN層またはAl2O3層は、複数の凹部を含む、<24>~<30>のいずれか1つに記載のIMS。
<32>
前記基板と前記AlN層との間に金属層をさらに含む、<24>~<31>のいずれか1つに記載のIMS。
<33>
前記AlN層またはAl2O3層は、前記基板の側面または底部を覆う、<24>~<32>のいずれか1つに記載のIMS。
<34>
前記基板の第2の面の上に第2のAlN層またはAl2O3層をさらに含む、<24>~<33>のいずれか1つに記載のIMS。
<35>
前記第1のAlNまたはAl2O3が、50nm~500μmの範囲の厚さを有する、<24>~<34>のいずれか1つに記載のIMS。
<36>
前記AlN層またはAl2O3層は、1W/mk以上の熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する、<24>~<35>のいずれか1つに記載のIMS。
<37>
<1>~<36>のいずれか1つに記載のIMS上に更に金属層を備えるIMSボード。
<38>
<37>に記載のIMSボード上に配置された電子デバイスまたは音響デバイスを備える、IMSシステム。
<39>
前記電子デバイスが、発光ダイオード(LED)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、およびトランジスタのうちの1つを備える、<38>に記載のIMSシステム。
<40>
前記音響デバイスは、圧電トランスデューサを備える、<38>に記載のIMSシステム。
Claims (40)
- 第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上の第1の誘電体層とを含み、前記誘電体層はIII族金属ベースの酸窒化物層を含み、前記誘電体層において酸素は0.1at%~49.9 at%であり、窒素は0.1at%~49.9 at%であり、酸素および窒素の合計は50 at%である、絶縁金属基板(IMS)。
- 前記金属ベースの酸窒化物がAxOyNzを含み、ここでAは金属を表し、yは0.1at%~49.9at%であり、zは0.1at%~49.9at%であり、y+zは50at%である、請求項1に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層が、少なくとも1種のIII族金属ベースの酸窒化物、少なくとも1種のIII族金属ベースのオキシハイドロナイトライド、および少なくとも1種のIII族金属ベースのオキシカルボナイトライドからなる群から選択される材料を含む、請求項1または請求項2に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層は、アルミニウム酸窒化物(AlON)、アルミニウムオキシハイドロナイトライド(AlHON)、およびアルミニウムオキシカルボナイトライド(AlCON)からなる群から選択される材料を含む、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板が、Cu、Al、AlSi、C-Al、W-Cu、またはTiの少なくとも1種を含む、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層が、前記基板のテクスチャ表面上に配置される、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層は、複数の凹部を備える、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板と前記誘電体層との間に応力低減金属層をさらに備える、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板の第1の側面上の第1の応力低減金属層と、前記基板の第2の側面上の第2の応力低減金属層とをさらに備える、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層の上に接着層をさらに含む、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板の端部および/または前記第2の面を覆う第2の誘電体層をさらに備える、請求項1~請求項11のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層は、第1の誘電体層および第2の誘電体層の交互層を含む、請求項1~請求項12のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層が金属-酸窒化物組成勾配を含む、請求項1~請求項13のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層は、50nm以上500μm以下の範囲の厚さを有する、請求項1~請求項14のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記金属ベースの酸窒化物がAlONを含み、前記AlONがランダム構造を含む、請求項1~請求項15のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記第1の誘電体層は、1W/mk以上の熱伝導率と、50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧とを有する、請求項1~請求項16のいずれか1項に記載のIMS。
- 第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の酸素を含む酸素ドープAlN層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。
- 前記AlN層は、前記基板のテクスチャード表面の上に配置される、請求項18に記載のIMS。
- 前記AlN層は、複数の凹部を含む、請求項18または請求項19に記載のIMS。
- 前記基板と前記AlN層との間に金属層をさらに含む、請求項18~請求項20のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記AlN層は、前記基板の端部および/または第2の面を覆う、請求項18~請求項21のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板の第2の面の上に第2のAlN層をさらに含む、請求項18~請求項22のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記AlN層が、50nm~500μmの範囲の厚さを有する、請求項18~請求項23のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記AlN層は、1W/mk以上の熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する、請求項18~請求項24のいずれか1項に記載のIMS。
- 第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の第1の面上に設けられた0.0001~15at%の窒素を含む窒素ドープAl2O3層と、を含む絶縁金属基板(IMS)。
- 前記Al2O3層は、前記基板のテクスチャード表面の上に配置される、請求項26に記載のIMS。
- 前記Al2O3層は、複数の凹部を含む、請求項26または請求項27に記載のIMS。
- 前記Al2O3層は、前記基板の端部および/または第2の面を覆う、請求項26~請求項28のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板の第2の面の上に第2のAl2O3層をさらに含む、請求項26~請求項29のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記Al2O3層が、50nm~500μmの範囲の厚さを有する、請求項26~請求項30のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記Al2O3層は、1W/mk以上の熱伝導率および50v/μmを超える電気スタンドオフ電圧を有する、請求項26~請求項31のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板が、金属、金属合金、複合材料、およびポリマーからなる群から選択される材料を含む、請求項18~請求項32のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板は、二次元形状または三次元形状である、請求項18~請求項33のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板がフィン状構造を含む、請求項18~請求項34のいずれか1項に記載のIMS。
- 前記基板は、プレストレスされている、請求項18~請求項35のいずれか1項に記載のIMS。
- 請求項1~請求項36のいずれか1項に記載のIMS上に更に金属層を備えるIMSボード。
- 請求項37に記載のIMSボード上に配置された電子デバイスまたは音響デバイスを備える、IMSシステム。
- 前記電子デバイスが、発光ダイオード(LED)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、およびトランジスタのうちの1つを備える、請求項38に記載のIMSシステム。
- 前記音響デバイスは、圧電トランスデューサを備える、請求項38に記載のIMSシステム。
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