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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterbauelemente und
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente, die Hochfrequenzkoppler
aufweisen.
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Auf
dem Gebiet der Ultrahochfrequenz- und Hochfrequenz-(HF)Schaltkreise
ist es oftmals erwünscht,
in sekundären
Kopplungen aus einem durch ein primäres Koppelelement empfangenen
gemeinsamen HF-Signal ein oder mehrere gedämpfte HF-Signale zu erzeugen.
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Als
ein Beispiel kann ein HF-Koppler ein passives Bauelement sein. Er
kann zur Steuerung der Amplitude und Richtung von Hochfrequenzsignalen in
einem Übertragungsweg
zwischen Schaltungsmodulen verwendet werden. Ein HF-Koppler kann
zum Beispiel als Streifenleitungskoppler, Mikrostreifenkoppler oder
dergleichen ausgelegt sein. Ein Streifenleitungskoppler kann zwei
parallele Streifen aus Metall auf einer Leiterplatte aufweisen.
Ein Streifenleitungskoppler wirkt gewöhnlich als HF-Signaldämpfungsglied,
das heißt,
er ist ein Bauelement zum Erzeugen einer kontrollierten Menge von
Signalleistungstransfers von einem Übertragungsweg zu einem anderen,
um eine oder mehrere HF-Signal verringerter Amplitude bereitzustellen.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
betreffen ein Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Substrat; und
einen Hochfrequenzkoppler mit einem ersten Koppelelement und einem
zweiten Koppelelement, das in einem abstand von dem ersten Koppelelement
angeordnet ist, wobei das erste Koppelelement mindestens ein in
dem Substrat angeordnetes durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch enthält, wobei
das zweite Koppelelement mindestens ein in dem Substrat angeordnetes
durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch enthält. Ein
durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch ist ein durch das
Substrat verlaufendes leitfähiges
Durchgangsloch.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist das erste Koppelelement elektromagnetisch mit dem zweiten Koppelelement
gekoppelt.
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Bei
dem mindestens einen durch das Substrat verlaufenden Durchgangsloch
des ersten Koppelelements kann es sich um mehrere elektrisch gekoppelte
Substratdurchgangs-Durchgangslöcher handeln
und bei dem mindestens einen durch das Substrat verlaufenden Durchgangslochs
des zweiten Koppelelements kann es sich um mehrere elektrisch gekoppelte
Substratdurchgangs-Durchgangslöcher handeln.
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In
einer Ausgestaltung sind die mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des
ersten Koppelelements Ende an Ende elektrisch miteinander gekoppelt
und die mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des zweiten Koppelelements
sind Ende an Ende elektrisch gekoppelt.
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In
einer anderen Ausgestaltung weist das erste Koppelelement ferner
eine obere leitfähige Schicht
auf, die elektrisch zwischen ein oberes Ende eines der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher und
ein oberes Ende eines anderen der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher gekoppelt
sind, wobei die obere leitfähige
Schicht über
dem Substrat liegt.
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In
noch einer anderen Ausgestaltung weist das zweite Koppelelement
ferner eine obere leitfähige
Schicht auf, die elektrisch zwischen ein oberes Ende eines der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher und
ein oberes Ende eines anderen der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher gekoppelt
sind, wobei die obere leitfähige
Schicht über
dem Substrat liegt.
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In
noch einer anderen Ausgestaltung weist das erste Koppelelement ferner
eine untere leitfähige Schicht
auf, die elektrisch zwischen ein unteres Ende eines der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher und
ein unteres Ende eines anderen der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher gekoppelt
ist, wobei die untere leitfähige
Schicht unter dem Substrat liegt.
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In
noch einer anderen Ausgestaltung weist das zweite Koppelelement
ferner eine untere leitfähige
Schicht auf, die elektrisch zwischen ein unteres Ende eines der
Substratdurchgangs-Durchgangslöcher
und ein unteres Ende eines anderen der Substratdurchgangs-Durchgangslöcher gekoppelt
ist, wobei die untere leitfähige
Schicht unter dem Substrat liegt.
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Das
erste Koppelelement kann ein primäres Koppelelement sein und
das zweite Koppelelement kann ein sekundäres Koppelelement sein.
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Der
Hochfrequenzkoppler kann ferner ein drittes Koppelelement aufweisen,
das von dem ersten Koppelelement in einem Abstand angeordnet ist und
von dem zweiten Koppelelement in einem Abstand angeordnet ist, wobei
das dritte Koppelelement mindestens ein in dem Substrat angeordnetes
durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch enthält.
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Das
mindestens eine durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch des
ersten Koppelelements kann ein Metallmaterial aufweisen und das mindestens
eine durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch des zweiten Koppelelements
kann ein Metallmaterial aufweisen.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
betreffen einen Hochfrequenzkoppler, aufweisend: ein erstes Koppelelement,
wobei das erste Koppelelement mindestens ein in einem Halbleitersubstrat
angeordnetes durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch aufweist;
und ein von dem ersten Koppelelement in einem Abstand angeordnetes
zweites Koppelelement, wobei das zweite Koppelelement mindestens
ein in dem Halbleitersubstrat angeordnetes durch das Substrat verlaufendes
Durchgangsloch aufweist.
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In
einer Ausgestaltung ist das erste Koppelelement elektromagnetisch
mit dem zweiten Koppelelement gekoppelt.
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In
einer anderen Ausgestaltung handelt es sich bei dem mindestens einen
durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch des ersten Koppelelements
um mehrere elektrisch gekoppelte Substratdurchgangs-Durchgangslöcher und
bei dem mindestens einen durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch
des zweiten Koppelelements handelt es sich um mehrere elektrisch
gekoppelte Substratdurchgangs-Durchgangslöcher.
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Die
mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des ersten Koppelelements
können Ende
an Ende elektrisch gekoppelt sein und die mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des zweiten
Koppelelements können
Ende an Ende elektrisch gekoppelt sein.
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In
noch einer anderen Ausgestaltung weist das mindestens eine Substratdurchgangs-Durchgangsloch
des ersten Koppelelements ein Metallmaterial auf und das mindestens
eine Substratdurchgangs-Durchgangsloch des zweiten Koppelelements weist
ein Metallmaterial auf.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
betreffen ein Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Substrat; und
einen Hochfrequenzkoppler mit einem ersten Koppelelement und einem
elektromagnetisch mit dem ersten Koppelelement gekoppelten zweiten Koppelelement;
wobei das erste Koppelelement mindestens ein durch das Substrat
verlaufendes leitfähiges Durchgangsloch
enthält
und das zweite Koppelelement mindestens ein durch das Substrat verlaufendes
leitfähiges
Durchgangsloch enthält.
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In
einer Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels
ist das erste Koppelelement von dem zweiten Koppelelement in einem
Abstand angeordnet.
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In
einer anderen Ausgestaltung handelt es sich bei dem mindestens einen
leitfähigen
Durchgangsloch des ersten Koppelelements um mehrere elektrisch gekoppelte
leitfähige
Durchgangslöcher und
bei dem mindestens einen leitfähigen
Durchgangsloch des zweiten Koppelelements handelt es sich um mehrere
elektrisch gekoppelte leitfähige Durchgangslöcher.
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Die
ersten leitfähigen
Durchgangslöcher können Ende
an Ende elektrisch gekoppelt sein und die zweiten leitfähigen Durchgangslöcher können Ende
an Ende elektrisch gekoppelt sein.
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In
noch einer anderen Ausgestaltung weist das mindestens eine leitfähige Durchgangsloch
des ersten Koppelelements ein Metallmaterial auf und das mindestens
eine leitfähige
Durchgangsloch des zweiten Koppelelements weist ein Metallmaterial
auf.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
betreffen einen Hochfrequenzkoppler, aufweisend: ein erstes Koppelelement,
wobei das erste Koppelelement mindestens ein durch ein Halbleitersubstrat verlaufendes
leitfähiges
Durchgangsloch aufweist; und ein elektromagnetisch mit dem ersten
Koppelelement gekoppeltes zweites Koppelelement, wobei das zweite
Koppelelement mindestens ein durch das Halbleitersubstrat verlaufendes
leitfähiges
Durchgangsloch aufweist.
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In
einer Ausgestaltung dieser Ausführungsformen
ist das erste Koppelelement von dem zweiten Koppelelement in einem
Abstand angeordnet.
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Das
mindestens eine leitfähige
Durchgangsloch des ersten Koppelelements kann mehrere elektrisch
gekoppelte leitfähige
Durchgangslöcher
aufweisen und bei dem mindestens einen leitfähigen Durchgangsloch des zweiten
Koppelelements kann es sich um mehrere elektrisch gekoppelte leitfähige Durchgangslöcher handeln.
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Die
mehreren leitfähigen
Durchgangslöcher des
ersten Koppelelements können
Ende an Ende elektrisch gekoppelt sein und die mehreren leitfähigen Durchgangslöcher des
zweiten Koppelelements können
Ende an Ende elektrisch gekoppelt sein.
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In
einer anderen Ausgestaltung weist das mindestens eine erste leitfähige Durchgangsloch
ein Metallmaterial auf und das mindestens eine zweite leitfähige Durchgangsloch
weist ein Metallmaterial auf.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
betreffen ein Halbleiterbauelement, aufweisend: ein Substrat; und
einen Hochfrequenzkoppler, wobei der Koppler mindestens ein durch
das Substrat verlaufendes Durchgangsloch aufweist, das durch das Substrat
hindurch angeordnet ist.
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Bei
dem mindestens einen durch das Substrat verlaufenden Durchgangsloch
kann es sich um mehrere elektrisch gekoppelte durch das Substrat verlaufende
Durchgangslöcher
handeln.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen
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1A eine
Draufsicht eines Hochfrequenzkopplers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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1B eine
Querschnittsansicht der in 1A gezeigten
Ausführungsform;
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1C eine
Querschnittsansicht der in 1A gezeigten
Ausführungsform;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Hochfrequenzkopplers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Draufsicht eines Hochfrequenzkopplers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine
Querschnittsansicht eines Hochfrequenzkopplers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung
spezifische Details und Ausführungsformen
zeigen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Diese Ausführungsformen
werden ausführlich
genug beschrieben, um es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung auszuüben. Es
können andere
Ausführungsformen
benutzt und strukturelle, logische und elektrische Änderungen
vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Die verschiedenen Ausführungsformen
schließen
sich nicht unbedingt gegenseitig aus, da bestimmte Ausführungsformen
mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden
können,
um neue Ausführungsformen
zu bilden.
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1A, 1B, 1C zeigen
ein Halbleiterbauelement 110, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. 1A zeigt
eine Draufsicht des Bauelements 110. 1B zeigt
eine Querschnittsansicht durch den Querschnitt AA'. 1C zeigt
eine Querschnittsansicht durch den Querschnitt BB'.
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Das
Halbleiterbauelement 110 weist ein Substrat 120 auf.
Das Substrat 120 kann eine beliebige Art von Substrat sein.
Bei einer Ausführungsform kann
das Substrat 120 ein Substrat des p-Typs sein. Allgemeiner
kann bei einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung
das Substrat jedoch ein Siliziumsubstrat oder ein anderes geeignetes
Substrat sein. Das Substrat kann ein monokristallines Bulk-Siliziumsubstrat
(oder eine darauf aufgewachsene oder anderweitig darin gebildete
Schicht), eine Schicht aus (110)-Silizium auf einem (100)-Siliziumwafer
oder ein SOI-Substrat (Silizium auf Isolator) sein. Das SOI-Substrat
kann zum Beispiel durch einen SIMOX-Prozess gebildet werden.
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Das
Substrat kann ein SOS-Substrat (Silizium auf Saphir) sein. Das Substrat
kann ein GeOI-Substrat (Germanium auf Isolator) sein. Das Substrat
kann ein oder mehrere Materialien enthalten, wie etwa Halbleitermaterialien,
wie etwa Silizium-Germanium, Germanium, Germaniumarsenid, Indiumarsenid,
Indium-Galliumarsenid oder Indium-Antimonid. Bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
kann das Substrat 120 einen Nichtleiter aufweisen. Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das Substrat 120 einen Halbleiter aufweisen. Bei einer
oder mehreren Ausführungsformen kann
das Substrat 120 ein Dielektrikum aufweisen.
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Das
Halbleiterbauelement 110 weist ferner einen Hochfrequenz-(HF-)Koppler 130 auf.
Der HF-Koppler 130 weist ein erstes HF-Koppelelement 130A und ein
zweites HF-Koppelelement 130B auf. Bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
kann das erste HF-Koppelelement
in einem Abstand von dem zweiten HF-Koppelelement 130B angeordnet sein.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das erste Koppelelement 130A elektromagnetisch mit dem
zweiten Koppelelement 130B gekoppelt sein. Ein an das erste
Koppelelement angelegtes Hochfrequenzsignal kann mit dem zweiten
Koppelelement gekoppelt werden.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das erste HF-Koppelelement 130A elektrisch von
dem zweiten HF-Koppelelement 130B isoliert sein,
so dass kein elektrischer Strom zwischen ihnen fließt. Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen können das
erste und zweite Koppelelement elektrisch mit einer Masse gekoppelt
sein.
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Bei
der in 1A und 1B gezeigten Ausführungsform
weist das erste HF-Koppelelement 130A drei obere leitfähige Elemente 150A,
vier durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140A und zwei
untere leitfähige
Elemente 160A auf. Jedes der durch das Substrat verlaufenden
Durchgangslöcher 140A ist
ein durch das Substrat 120 verlaufendes leitfähiges Durchgangsloch.
Es wird angemerkt, dass, wenn das Substrat ein Siliziummaterial
aufweist, das durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch auch
als durch das Silizium verlaufende Durchgangsloch bezeichnet werden
kann. Die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A des
ersten HF-Koppelelements 130A können als erste durch das Substrat
verlaufende Durchgangslöcher bezeichnet
werden.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das erste HF-Koppelelement 130A mindestens ein
oberes leitfähiges
Element 150A enthalten. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das erste HF-Koppelelement 130A mindestens ein durch das
Substrat verlaufendes Durchgangsloch 140A enthalten. Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das erste HF-Koppelelement 130A mindestens
ein unteres leitfähiges
Element 160A enthalten.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das erste HF-Koppelelement 130A mehrere obere
leitfähige
Elemente 150A enthalten. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das erste HF-Koppelelement 130A mehrere durch das
Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140A enthalten. Die
mehreren durch das Substrat gehenden Durchgangslöcher 140A können in
einem Abstand voneinander angeordnet sein. Die mehreren durch das
Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A können elektrisch
miteinander gekoppelt sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das erste HF-Koppelelement 130A mehrere untere leitfähige Elemente 160A enthalten.
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Bei
der in 1A und 1C gezeigten Ausführungsform
weist das zweite HF-Koppelelement 130B drei obere leitfähige Elemente 150B,
vier durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140B und zwei
untere leitfähige
Elemente 160B auf. Jedes der durch das Substrat verlaufenden
Durchgangslöcher 140B ist
ein durch das Substrat 120 verlaufendes leitfähiges Durchgangsloch.
Es wird angemerkt, dass, wenn das Substrat ein Siliziummaterial aufweist,
das durch das Substrat verlaufende Durchgangsloch auch als durch
das Silizium verlaufendes Durchgangsloch bezeichnet werden kann.
Die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140B des zweiten
HF-Koppelelements 130B können als zweite durch das Substrat
verlaufende Durchgangslöcher
bezeichnet werden.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das zweite HF-Koppelelement 130B mindestens
ein oberes leitfähiges
Element 150B enthalten. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das zweite HF-Koppelelement 130B mindestens ein durch
das Substrat verlaufendes Durchgangsloch 140B enthalten.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das zweite HF-Koppelelement 130B mindestens
ein unteres leitfähiges
Element 160B enthalten.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das zweite HF-Koppelelement 130B mehrere obere
leitfähige
Elemente 150B enthalten. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das zweite HF-Koppelelement 130B mehrere durch das
Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140B enthalten. Die
mehreren durch das Substrat gehenden Durchgangslöcher 140B können in
einem Abstand voneinander angeordnet sein. Die mehreren durch das
Substrat verlaufenden Durchgangslöcher können elektrisch miteinander
gekoppelt sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das zweite HF-Koppelelement 130B mehrere
untere leitfähige Elemente 160B enthalten.
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Bei
der in 1A, 1B, 1C gezeigten
Ausführungsform
besitzt jedes der durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A, 140B ein
oberes Ende und ein unteres Ende. Das obere Ende befindet sich in
der Nähe
der Oberseite des Substrats 120 und ist von der Unterseite
entfernt. Das untere Ende befindet sich in der Nähe der Unterseite des Substrats 120 und
ist von der Oberseite entfernt.
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Das
obere Ende jedes der durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A, 140B kann
elektrisch jeweils mit einem oberen leitfähigen Element 150A, 150B gekoppelt
sein. Das untere Ende jedes der durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A, 140B kann
elektrisch jeweils mit einem unteren leitfähigen Element 160A, 160B gekoppelt
sein.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen (wie
zum Beispiel in 1B gezeigt) können die durch
das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A in einer
Reihenanordnung zwischen den Ports PA1 und PA2 elektrisch Ende an
Ende gekoppelt sein. Zum Beispiel kann das untere Ende eines ersten
der Durchgangslöcher 140A mit
dem unteren Ende eines zweiten der Durchgangslöcher gekoppelt sein. Das obere
Ende des zweiten der Durchgangslöcher
kann mit dem oberen Ende eines dritten der Durchgangslöcher gekoppelt
sein. Das untere Ende eines dritten der Durchgangslöcher kann
mit einem unteren Ende eines vierten der Durchgangslöcher gekoppelt
sein und so weiter.
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Ähnlich können bei
einer oder mehreren Ausführungsformen
(wie zum Beispiel in 1C gezeigt) die durch das Substrat
verlaufenden Durchgangslöcher 140B in
einer Reihenanordnung zwischen den Ports PB1 und PB2 elektrisch
gekoppelt sein.
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Jedes
der durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher, der oberen leitfähigen Elemente und
der unteren leitfähigen
Elemente kann aus einem beliebigen leitfähigen Material gebildet werden.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das leitfähige
Material ein Metallmaterial sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das Metallmaterial ein reines Metall oder eine Metalllegierung sein.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann
das Metallmaterial eines oder mehrere der Elemente Al (das Element
Aluminium), Cu (das Element Kupfer), Co (das Element Kobalt), W
(das Element Wolfram), Ag (das Element Silber), Au (das Element Gold),
Ti (das Element Titan) und Ta (das Element Tantal) umfassen. Beispiele
für Metallmaterialien sind
reines Aluminium, Aluminiumlegierung, reines Kupfer, Kupferlegierung,
reines Kobalt, Kobaltlegierung, reines Wolfram, Wolframlegierung,
reines Silber, Silberlegierung, reines Gold, Goldlegierung, reines
Titan, Titanlegierung, reines Tantal und Tantallegierung. Es können auch
Kombinationen von Materialien verwendet werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das leitfähige
Material ein Siliziummaterial aufweisen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann das Siliziummaterial ein Polysilizium wie etwa dotiertes Polysilizium
sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das leitfähige Material
ein monokristallines Siliziummaterial wie etwa ein dotiertes monokristallines
Silizium sein. Die Dotierung kann zum Beispiel n-dotiert oder p-dotiert
sein. Die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher, die
oberen leitfähigen
Elemente und die unteren leitfähigen
Elemente können
dieselben oder andere Materialien aufweisen.
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Es
können
auch leitfähige
nichtmetallische Materialien verwendet werden, wie etwa Graphit,
leitfähige
Polymere, leitfähige
Kunststoffe usw. Es können
verschiedene Materialien für
die oberen leitfähigen
Elemente, die unteren leitfähigen
Elemente und die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher verwendet
werden.
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Bei
der in 1A, 1B, 1C gezeigten
Ausführungsform
enthält
das erste HF-Koppelelement 130A einen ersten Port PA1 und
einen zweiten Port PA2. Ähnlich
enthält
das zweite HF-Koppelelement 130B einen
ersten Port PB1 und einen zweiten Port PB2.
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Die
oberen leitfähigen
Elemente 150A, 150B können auf verschiedene Weisen
gebildet werden. Ein Beispiel für
die Bildung des oberen leitfähigen Elements 150A des
ersten HF-Koppelelements 130A aus 1B ist
in 2 gezeigt. Dasselbe Prinzip kann auf die oberen
leitfähigen
Elemente 150B angewandt werden.
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Bei
der in 1B gezeigten Ausführungsform
liegen drei obere leitfähige
Elemente 150A vor. Diese sind 150A1, 150A2 und 150A3.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
ist zu sehen, dass das obere leitfähige Element 150A1 einen
leitfähigen Kontakt
C1, eine leitfähige
Leitung M11 (von der ersten Metallisierungsebene M1), ein leitfähiges Durchgangsloch
V11, eine leitfähige
Leitung M21 (von der zweiten Metallisierungsebene M2), ein leitfähiges Durchgangsloch
V21 und eine leitfähige
Leitung M31 (von der dritten oder letzten Metallisierungsebene M3)
aufweist.
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Weiter
mit Bezug auf 2 ist zu sehen, dass das (in 1B gezeigte)
obere leitfähige
Element 150A2 einen leitfähigen Kontakt C2, eine leitfähige Leitung
M12 (von der ersten Metallisierungsebene M1) und einen leitfähigen Kontakt
C3 aufweist.
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Weiter
mit Bezug auf 2 ist zu sehen, dass (in 1B gezeigte)
das obere leitfähige
Element 150A3 einen leitfähigen Kontakt C4, eine leitfähige Leitung
M13 (von der ersten Metallisierungsebene M1), ein leitfähiges Durchgangsloch
V12, eine leitfähige
Leitung M22 (von der zweiten Metallisierungsebene M2), ein leitfähiges Durchgangsloch
V22 und eine leitfähige
Leitung M32 (von der dritten oder letzten Metallisierungsebene M3)
aufweist.
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Es
wird angemerkt, dass die Kontakte C1, C2, C3 und C4 die durch das
Substrat verlaufenden Durchgangslöcher elektrisch mit den leitfähigen Leitungen
der ersten Metallisierungsebene koppeln. Die leitfähigen Durchgangslöcher V11,
V12, V21 und V22 koppeln jedoch elektrisch eine leitfähige Leitung
einer Metallisierungsebene mit einer leitfähigen Leitung einer anderen
Metallisierungsebene. Es wird angemerkt, dass die leitfähigen Durchgangslöcher V11,
V12, V21 und V22 auch durch eine dielektrische Interebenenschicht
zwischen einer der Metallisierungsebenen zu einer anderen Metallisierungsebene verlaufen
können.
Diese leitfähigen
Durchgangslöcher
werden auch als leitfähige
ILD-Durchgangslöcher
bezeichnet. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die
leitfähigen
Leitungen Metallleitungen sein. Die Metallleitungen können zum
Beispiel ein reines Metall oder eine Metalllegierung aufweisen.
Beispiele für
Metalle wären
u. a. reines Aluminium, Aluminiumlegierung, reines Kupfer und Kupferlegierung.
Die leitfähigen
Leitungen können
zum Beispiel auch ein Polysiliziummaterial wie etwa dotiertes Polysilizium
aufweisen.
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Allgemeiner
kann jedes der oberen leitfähigen
Elemente mindestens einen leitfähigen
Kontakt aufweisen. Ähnlich
kann jedes der oberen leitfähigen Elemente
mindestens eine leitfähige
Leitung (von mindestens einer Metallisierungsebene) aufweisen. Ähnlich kann
jedes der oberen leitfähigen
Elemente mindestens ein leitfähiges
Durchgangsloch (wie zum Beispiel ein leitfähiges ILD- Durchgangsloch) aufweisen, das elektrisch
von einer leitfähigen
Leitung von einer Metallisierungsebene zu einer leitfähigen Leitung
einer anderen Metallisierungsebene gekoppelt ist.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen ist
es auch möglich,
dass ein oberes leitfähiges
Element eine leitfähige
Bahn oder Verbindung von einer Umverdrahtungsschicht enthält. Es ist
auch möglich, dass
ein oberes leitfähiges
Element auch eine Wafer-Ball-Kapselung oder eine Waferebenenentwurfs-Kapselung enthält.
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Eines
oder mehrere der unteren leitfähigen Elemente 160A, 160B kann
zum Beispiel einen oder mehrere Teile einer auf der Rückseite
des Substrats (möglicherweise
in einem Backend-Prozess)
gebildeten leitfähigen
Schicht aufweisen. Wie erwähnt kann
im Allgemeinen jedes der unteren leitfähigen Elemente 160A, 160B aus
einem beliebigen leitfähigen
Material gebildet werden.
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Mit
Bezug auf 1A ist zu sehen, dass die durch
das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A in der Y-Richtung
mit den durch das Silizium verlaufenden Durchgangslöchern 140B ausgerichtet sind.
Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Bei einer anderen Ausführungsform
können
die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A mit Bezug
auf die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140B gestaffelt
oder versetzt sein. Ähnlich
können
bestimmte Durchgangslöcher
ausgerichtet und bestimmte Durchgangslöcher gestaffelt oder versetzt
angeordnet sein.
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Mit
Bezug auf 1A kann bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
das erste Koppelelement 130A ein primäres Koppelelement sein. Ähnlich kann
bei einer oder mehreren Ausführungsformen das
zweite Koppelelement 130B ein sekundäres Koppelelement sein. Das
primäre
Koppelelement 130A kann zum Beispiel zum Empfangen eines HF-Signals
an dem Port PA1 verwendet werden. Daher kann bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
der Port PA1 ein Eingangsport sein. Ähnlich kann bei einer oder
mehreren Ausführungsformen der
Port PA2 ein Ausgangsport sein. Zwischen dem primären Koppelelement 130A,
das das HF-Eingangssignal empfängt,
und einem sekundären
Koppelelement 130B ist eine Lücke „G” vorgesehen. Das HF-Signal
auf dem primären
Koppelelement 130A kann elektromagnetisch mit dem sekundären Koppelelement 130B gekoppelt
werden, um ein zweites HF-Signal zu erzeugen, das bestimmte gewünschte Eigenschaften
aufweist. Zum Beispiel kann Frequenzselektivität ein nützlicher Aspekt beim Entwurf von
Hochfrequenz-(HF-)Schaltungen sein. Somit könnte ein sekundäres Koppelelement 130B ein
gedämpftes
HF-Signal aus dem Eingangs-HF-Signal bereitstellen. Eine solche
HF-Schaltung kann
zum Beispiel verwendet werden, um gegebenenfalls eine bestimmte
HF-Frequenz zu sperren. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann der Port PA2 elektrisch mit Masse gekoppelt sein.
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Die
sekundäre
Kopplung 130B besitzt einen ersten Port PB1 und einen zweiten
Port PB2. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann der zweite
Port PB2 ein Ausgangsport zur Übertragung des
erzeugten HF-Signals sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann der Ausgangsport PB2 so bereitgestellt werden, dass er im Wesentlichen
zu der Ebene der Koppeloberfläche
orthogonal ist, um so zu verhindern, dass eine Welle zurückreflektiert
wird, um in der entgegengesetzten Richtung durchzukommen. Bei einer
oder mehreren Ausführungsformen
kann der Port PB2 elektrisch mit Masse gekoppelt sein. Bei einer
oder mehreren Ausführungsformen
kann der Port PB1 elektrisch mit Masse gekoppelt sein.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
der HF-gekoppelte
Hochfrequenz-(HF-)Koppler 130 als ein Richtungskoppler
ausgelegt sein.
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Bei
der in 1A, 1B, 1C gezeigten
Ausführungsform
verläuft
das primäre
Koppelelement 130A im Wesentlichen parallel mit dem zweiten Koppelelement 130B.
Die elektromagnetische Kopplung kann somit entlang der gesamten
Länge des HF-Kopplers
verlaufen.
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Die
Abmessungen und Konfigurationen der primären und sekundären Koppelelemente
können geändert werden,
um die elektromagnetische Kopplung zwischen den Koppelelementen
zu variieren. Kleine Änderungen
der Dimensionen und Konfigurationen der Koppelelemente können wichtig
werden, da im Fall einer HF-Schaltung Schaltungsabmessungen mit
der Wellenlänge
des zu dämpfenden
Signals vergleichbar sein können.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann die Gesamtlänge
der primären
Koppelelemente etwa eine viertel Wellenlänge betragen. Bei einer oder
mehreren Ausführungsformen
kann die Gesamtlänge
der sekundären
Koppelelemente etwa eine viertel Wellenlänge betragen.
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In
einem HF-Koppler können
die Koppeleigenschaften durch einen oder mehrere Faktoren bestimmt
werden, wie zum Beispiel durch die Lücke G zwischen den primären und
sekundären
Koppelelementen, die Breite jedes Elements und die Distanz oder
Länge,
entlang derer sich die Längsachse
des sekundären
Elements zusammen mit der Längs-Koppelachse
der primären
Kopplung erstreckt. Die Koppeleigenschaft kann auch durch das Material
zwischen den primären
Koppelelementen und sekundären
Koppelelementen bestimmt werden. Die Abmessung der Lücke G kann
zum Beispiel die Menge an Kopplung bestimmen, die zwischen den Koppelelementen
auftreten wird. Die Breite der Koppelelemente kann mindestens teilweise
die Impedanzanpassungseigenschaften des HF-Kopplers definieren,
und die Länge
der gemeinsamen Erstreckung der primären Koppelelemente und sekundären Koppelelemente
kann mindestens teilweise die Menge an Kopplung, die auftreten wird,
und die Direktionalität
der Elemente beeinflussen. Die Koppeleigenschaften zwischen den
primären
Koppelelementen und sekundären
Koppelelementen können
auch durch das Substratmaterial zwischen den Koppelelementen beeinflusst
werden. Zusätzlich
ist es möglich, dass
zusätzliche
Materialien zwischen den primären Kopplern
und sekundären
Kopplern platziert werden. Diese zusätzlichen Materialien können Nichtleiter, Halbleiter
und/oder Dielektrika aufweisen.
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Mit
Bezug auf 1A kann bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
ein HF-Koppler 130 ein primäres Koppelelement 130A zum
Empfangen eines HF-Eingangssignals an einem Eingangsport PA1 enthalten.
Das primäre
Koppelelement 130A definiert eine HF-Koppelachse entlang
seiner gesamten Länge.
Das primäre
Koppelelement 130A besitzt außerdem einen Ausgangsport P1B
zur unidirektionalen Übertragung
des HF-Signals.
Es ist ein sekundäres
Koppelelement 130B vorgesehen, das parallel zu der HF-Koppelachse
des primären
Koppelelements 130A liegen kann. Das HF-Signal aus dem
primären Koppelelement 130A kann über eine
Koppelgrenzfläche
oder Lücke
G hinweg elektromagnetisch mit dem sekundären Koppelelement 130B gekoppelt
werden. Es ist zu beachten, dass bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung die Distanz G entlang der Länge der primären und
sekundären
Koppelelemente variieren kann.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
der HF-Koppler ausgelegt werden zur Verwendung zum Koppeln eines
Teils eines das primäre HF-Koppelelement
(wie etwa das erste HF-Koppelelement 130A)
durchlaufenden HF-Signals mit einem sekundären HF-Koppelelement (wie etwa
dem zweiten HF-Koppelelement 130B)
dergestalt, dass das HF-Signal auf dem sekundären HF-Koppelelement in der
von dem Ausgangsende des primären
Koppelelements entgegengesetzten Richtung ausgegeben wird.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
der HF-Koppler ausgelegt sein zur Verwendung als Dämpfungsglied
zum Verringern der Amplitude eines Eingangs-HF-Signals auf dem primären Koppelelement
(wie etwa dem primären
Koppelelement 130A) und zum Produzieren eines Ausgangs-HF-Signals
mit einer gewählten
verringerten Amplitude auf dem sekundären HF-Koppelelement (wie etwa dem sekundären Koppelelement 130B).
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Bei
einer Ausführungsform
können
ein oder mehrere der Ports oder Enden der ersten Koppelelemente
und/oder zweiten Koppelelemente 130A, 130B mit
einer Masseleitung ausgestattet werden, die einen leitfähigen Weg
nach Masse (wahlweise durch einen Widerstand) bereitstellt. Eine
interne Masse kann bei der Verhinderung von gegenseitiger Störung und
bei der Beseitigung von parasitärer
Kapazität
nützlich
sein.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen kann
ein HF-Koppler drei oder mehr Koppelelemente aufweisen. Bei einer
oder mehreren Ausführungsformen
können
die drei oder mehr Koppelelemente in einem Abstand voneinander angeordnet
sein. 3 zeigt ein Halbleiterbauelement 220,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Das Halbleiterbauelement weist einen
Hochfrequenzkoppler 230 auf. Bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform weist
der HF-Koppler 230 ein
erstes Koppelelement 130A, ein zweites Koppelelement 130B und
ein drittes Koppelelement 130C auf. Bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
kann das erste Koppelelement 130A als ein primäres Koppelelement 130A verwendet
werden. Das zweite Koppelelement 130B kann als ein erstes
sekundäres
Koppelelement 130B verwendet werden. Ähnlich kann das dritte Koppelelement 130C als
ein zweites sekundäres
Koppelelement 130C verwendet werden. In dem in 3 gezeigten
HF-Koppler 130 befindet sich eine erste Lücke zwischen
G1 zwischen dem ersten Koppelelement 130A und dem zweiten
Koppelelement 130B. Ähnlich
befindet sich eine zweite Lücke
G2 zwischen dem ersten Koppelelement 130A und dem dritten Koppelelement 130C.
Die Lücke
G1 kann entlang der Länge
des HF-Kopplers gleich bleiben oder variieren. Ähnlich kann die Lücke G2 entlang
der Länge
des HF-Kopplers gleich bleiben oder kann variieren.
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Mit
Bezug auf den in 3 gezeigten HF-Koppler 230 kann
bei einer oder mehreren Ausführungsformen
elektromagnetische Kopplung zwischen dem primären Koppelelement 130A und
dem ersten sekundären
Koppelelement 130B vorliegen. Ähnlich kann bei einer oder
mehreren Ausführungsformen
elektromagnetische Kopplung zwischen dem primären Koppelelement 130A und
dem zweiten sekundären
Koppelelement 130C vorliegen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen
kann elektromagnetische Kopplung zwischen dem ersten sekundären Koppelelement
und dem zweiten sekundären Koppelelement
vorliegen.
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Das
erste sekundäre
Koppelelement 130B kann im Wesentlichen parallel zu dem
primären
Koppelelement 130A verlaufen. Ähnlich kann das zweite sekundäre Koppelelement 130C im
Wesentlichen parallel zu dem primären Koppelelement 130A verlaufen.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die
Portenden der sekundären
Koppelelemente 130B und 130C zu den jeweiligen
Oberflächen der
sekundären
Koppelelemente orthogonal sein.
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Mit
Bezug auf 3 enthält bei einer oder mehreren
Ausführungsformen
ein HF-Koppler 230 ein erstes Koppelelement 130A,
das ein primäres Koppelelement
sein kann, das an dem Port PA1 ein HF-Eingangssignal empfängt. Das
primäre
Koppelelement 130A kann entlang seiner gesamten Länge eine
HF-Koppelachse definieren. Das primäre Koppelelement 130A kann
auch ein Ausgangsende PA2 zur unidirektionalen Übertragung des HF-Signals aufweisen.
Das zweite HF-Koppelelement 130B kann
ein erstes sekundäres
Koppelelement definieren, das sich in paralleler Beziehung zu der
HF-Koppelachse des
primären
Koppelelements 130A befindet. Das HF-Signal aus dem primären Koppelelement 130A kann über eine
Koppelgrenzfläche
oder Lücke
G1 hinweg elektromagnetisch mit dem Koppelelement 130B gekoppelt
werden. Das zweite HF- Koppelelement 130B besitzt
einen ersten Port PB1 und einen zweiten Teil PB2. Ein drittes HF-Koppelelement 130C kann
ein zweites sekundäres
Koppelelement definieren, das in paralleler Beziehung auf einer
jeweiligen gegenüberliegenden
Seite des primären
Koppelelements 130A angeordnet sein kann. Das dritte HF-Koppelelement 130C kann
einen ersten Port PC1 und einen zweiten Port PC2 aufweisen. Das
HF-Signal aus dem primären
Koppelelement 130A kann auch über eine Koppelgrenzfläche oder
Lücke G2
hinweg elektromagnetisch mit dem Koppelelement 130C gekoppelt
werden. Es ist möglich,
dass eine gewisse elektromagnetische Kopplung zwischen dem zweiten
Koppelelement 130B und dem dritten Koppelelement 130C besteht.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann eine dielektrische Schicht um die Seitenwandoberfläche des
durch das Substrat gehenden Durchgangslochs herum angeordnet sein.
Die dielektrische Schicht kann dazu dienen, das durch das Silizium
gehende Durchgangsloch elektrisch von dem Substrat zu isolieren.
Es kann auch verwendet werden, um die elektromagnetische Kopplung
zwischen den Koppelelementen zu modifizieren. Ein Beispiel ist in 4 gezeigt,
worin der Querschnitt aus 2 gezeigt
ist, mit der Ausnahme, dass eine dielektrische Schicht 144 lateral
jedes der Durchgangslöcher 140A umgibt.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen können die
durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher gebildet werden, indem
man zunächst Durchgangslochöffnungen
nur durch einen Teil eines Substrats bildet. In einem nachfolgenden
Verarbeitungsschritt kann ein leitfähiges Material in den Durchgangslochöffnungen
gebildet werden. In einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt kann
die Unterseite des Substrats (möglicherweise
durch einen mechanischen Schleifschritt) gedünnt werden, so dass das leitfähige Material
freigelegt wird.
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Falls
eine dielektrische Schicht um die Seitenwandoberfläche des
Substratdurchgangs-Durchgangslochs (wie etwa in 4 gezeigt)
angeordnet ist, können
die Substratdurchgangs-Durchgangslöcher gebildet
werden, indem man zunächst Öffnungen
nur durch einen Teil eines Substrats bildet. In einem nachfolgenden
Verarbeitungsschritt kann ein dielektrisches Material in der Durchgangslochöffnung gebildet
werden, um so die Öffnung
auszukleiden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das dielektrische
Material durch eine konforme Abscheidung abgeschieden werden. In
einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt kann ein leitfähiges Material
in den Durchgangslochöffnungen
gebildet werden. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann das leitfähige Material
unter Verwendung einer konformen Abscheidung gebildet werden. In
einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt kann die Unterseite des
Substrats gedünnt
werden, so dass das leitfähige
Material freigelegt wird.
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Das
Substratdurchgangs-Durchgangsloch kann so gebildet werden, dass
es viele verschiedene Arten von Formen aufweist. Zum Beispiel kann
bei einer oder mehreren Ausführungsformen
das Substratdurchgangs-Durchgangsloch in Form eines leitfähigen Stopfens
vorliegen. Bei anderen Ausführungsformen
kann das Substratdurchgangs-Durchgangsloch in der Form eines leitfähigen Abstandselements
oder einer leitfähigen
Auskleidung, die die Seitenwandoberfläche einer Öffnung auskleidet, vorliegen.
Eine leitfähige
Auskleidung oder ein leitfähiges
Abstandselement kann durch konforme Abscheidung eines leitfähigen Materials
gebildet werden.
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Die
vorliegende Offenbarung wird in Form von ausführlichen Ausführungsformen
beschrieben, um eine volle und vollständige Offenbarung der vorliegenden
Erfindung vorzunehmen, und solche Einzelheiten sollen nicht als
Beschränkung
des wahren Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, der in den
angefügten
Ansprüchen
dargelegt und definiert wird, interpretiert werden.