JP7287900B2 - 熱伝導及び電気絶縁のための装置 - Google Patents

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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。
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。
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、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、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、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、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、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、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。
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）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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
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
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。
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。
Figure 0007287900000001
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。
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。
Figure 0007287900000002
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
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。
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。
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
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。
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
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、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
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。
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。
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、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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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
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、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。
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。
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。
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Ａ ｘ Ｏ ｙ Ｎ ｚ 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Ｂ ｘ Ｏ ｙ Ｎ ｚ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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Ａｌ ２ Ｏ ３ 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)

  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）。
  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５０ａｔ％である、請求項１に記載のＩＭＳ。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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）。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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）。
  27. 前記Ａｌ ２ Ｏ ３ 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。
  28. 前記Ａｌ ２ Ｏ ３ 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。
  29. 前記Ａｌ ２ Ｏ ３ 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。
  30. 前記基板の第２の面の上に第２のＡｌ ２ Ｏ ３ 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。
  31. 前記Ａｌ ２ Ｏ ３ 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。
  32. 前記Ａｌ ２ Ｏ ３ 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。
  33. 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。
  34. 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。
  35. 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。
  36. 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。
  37. 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。
  38. 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。
  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、請求項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、請求項３８に記載のＩＭＳシステム。

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