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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterbauelemente. 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 ein oder mehrere HF-Signale verringerter Amplitude bereitzustellen.
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DE 697 09 878 T2 zeigt eine Quadraturkoppler-Vorrichtung und insbesondere ein Dickschichtkonstrukt und einen Quadraturkoppler zur Verwendung bei der Herstellung von Vorrichtungen, wie etwa IQ-Modulatoren, IQ-Demodulatoren, Vektormodulatoren, Bildunterdrückungsmischern und Mehrkanalmischern.
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US 2006/0141979 A1 zeigt einen HF-Schaltkreis, der auf einem Substrat unter Verwendung eines IPD-Prozesses ausgebildet ist. Der HF-Schaltkreis weist zumindest eine HF-Signalleitungssektion und einen integrierten HF-Koppler auf, der benachbart zu der HF-Signalleitungssektion angeordnet ist.
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Der Artikel „High RF Performance TSV Silicon Carrier for High Frequency Application” von Soon Wee Ho, Seung Wook Yoon, Qiaoer Zhou, Pasad K., Kripesh V., Lau J. H., Electronic Components and Technology Conference, 2008, ECTC 2008, 58th, S. 1946–1952, 27. 30. Mai 2008, doi: 10.1109/ECTC. 2008.4550249 zeigt ein 3-dimensionales System-In-Package (3D SIP) basierend auf Silikonträgern. Eine Schlüsseltechnologie dabei sind leitende Durchgangslöcher, die sich durch die Silikonträger erstrecken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauelement mit einem Hochfrequenzkoppler bereitzustellen, das einfach und/oder kostengünstig herstellbar ist und/oder das besonders effizient ist.
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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 mehrere in dem Substrat angeordnete durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher, mindestens ein oberes leitfähiges Element, mindestens ein unteres leitfähiges Element, einen ersten Port und einen zweiten Port aufweist, wobei das zweite Koppelelement mehrere in dem Substrat angeordnete durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher, mindestens ein oberes leitfähiges Element, mindestens ein unteres leitfähiges Element, einen ersten Port und einen zweiten Port aufweist. Ein durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch ist ein durch das Substrat verlaufendes leitfähiges Durchgangsloch.
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Das erste Koppelelement ist elektromagnetisch mit dem zweiten Koppelelement gekoppelt.
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Die mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des ersten Koppelelements sind über das obere leitfähige Element und das untere leitfähige Element des ersten Koppelelements Ende an Ende elektrisch miteinander gekoppelt und die mehreren Substratdurchgangs-Durchgangslöcher des zweiten Koppelelements sind über das obere leitfähige Element und das untere leitfähige Element des zweiten Koppelelements Ende an Ende elektrisch gekoppelt.
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Die Durchgangslöcher des ersten Koppelelements sind in einer Reihenanordnung zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port des ersten Koppelelements angeordnet und elektrisch mit diesen gekoppelt und die Durchgangslöcher des zweiten Koppelelements sind in einer Reihenanordnung zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port des zweiten Koppelelements angeordnet und elektrisch mit diesen 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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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. 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 ist das erste HF-Koppelelement in einem Abstand von dem zweiten HF-Koppelelement 130B angeordnet. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen ist das erste Koppelelement 130A elektromagnetisch mit dem zweiten Koppelelement 130B gekoppelt. 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 enthält das erste HF-Koppelelement 130A mindestens ein oberes leitfähiges Element 150A. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das erste HF-Koppelelement 130A mindestens ein durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch 140A. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das erste HF-Koppelelement 130A mindestens ein unteres leitfähiges Element 160A.
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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 enthält das erste HF-Koppelelement 130A mehrere durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140A. Die mehreren durch das Substrat gehenden Durchgangslöcher 140A sind in einem Abstand voneinander angeordnet. Die mehreren durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A sind elektrisch miteinander gekoppelt. 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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Das zweite HF-Koppelelement 130B enthält mindestens ein oberes leitfähiges Element 150B. Das zweite HF-Koppelelement 130B enthält mindestens ein durch das Substrat verlaufendes Durchgangsloch 140B. Das zweite HF-Koppelelement 130B enthält mindestens ein unteres leitfähiges Element 160B.
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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 enthält das zweite HF-Koppelelement 130B mehrere durch das Substrat verlaufende Durchgangslöcher 140B. Die mehreren durch das Substrat gehenden Durchgangslöcher 140B sind in einem Abstand voneinander angeordnet. Die mehreren durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher sind elektrisch miteinander gekoppelt. 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) sind die durch das Substrat verlaufenden Durchgangslöcher 140A in einer Reihenanordnung zwischen den Ports PA1 und PA2 elektrisch Ende an Ende gekoppelt. 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 sind 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.
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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 P31 und einen zweiten Port P32.
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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 P13 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.
