Stand der Technik Aus DE 100 37 385 AI ist ein in Mikromechanik gefertigter Hochfrequenz-Kurzschluss- schalter bekannt, der eine dünne Metallbrücke aufweist, die zwischen zwei Masseleitun- gen eines koplanaren Wellenleiters gespannt ist. Dieser Hochfrequenzkurzschlussschalter ist beispielsweise für ACC-Anwendungen ("Adaptive Cruise Control") oder SRR- Anwendungen ("Short Range Radar") in Kraftfahrzeugen verwendbar und wird bei Be- triebsfrequenzen von typischerweise von 24 Gigahertz oder 77 Gigahertz betrieben.

Daneben sind vielfältige andere Mikrostrukturbauelement bzw. mikrosystemtechnische Baukomponenten beispielsweise für Anwendungen im Bereich der Hochfrequenztechnik auf Basis von Silizium bekannt. Diese werden auch als MEMS-Bauelemente (microe- lectromechanical structures/system) oder HF-MEMS-Bauelemente (high frequency mic- roelectromechanical structures/system) bezeichnet.

In der Regel ist es bei Mikrostrukturbauelementen und insbesondere mikrostrukturierten Hochfrequenzbauelementen erforderlich, diese vor Umwelteinflüssen wie Feuchte, Luft, Schmutzpartikeln oder sonstigen äußeren Medien oder Gasen zu schützen. Dazu wird vielfach eine Verkappung eingesetzt. Um dabei die Funktion des durch die Verkappung eingeschlossenen Mikrostrukturbauelementes nicht oder nicht zu stark zu beeinträchtigen, ist es erforderlich, eine Leiterstruktur in die Verkappung hineinzufiihren. Dabei stellt sich zunächst das Problem der Sicherstellung der nötigen Gasdichtigkeit bzw. Feuchtigkeits- dichtigkeit. Weiter muss bei der Durchführung der Leiterstruktur vom Außenraum der Verkappung in deren Innenraum insbesondere im Fall eines Hochfrequenzbauelementes

sichergestellt bleiben, dass die Leiterstruktur für hochfrequente elektromagnetische Wel- len transparent bzw. durchgängig ist, d. h. es darf nicht zu einer nennenswerten Dämp- fung oder Störung der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen auf der Leiterstruktur kommen.

In US 6,207, 903 B1 wird ein mikrostrukturiertes Siliziumsubstrat in Form einer Memb- ran mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit beschrieben, das Durchführungen zwischen koplanaren Wellenleitern aufweist, die auf unterschiedlichen Seiten des Siliziumsubstra- tes geführt sind. Diese Durchführungen sind in Form von Kreiskegelstümpfen ausgeführt und dabei von unterschiedlichen Seiten des Substrates in dieses eingeätzt und mit einem Metall gefüllt worden, so dass sich eine Hochfrequenzdurchführung zwischen den auf O- berseite und Unterseite geführten koplanaren Wellenleitern ergibt. Daneben ist dort be- schrieben, dass auch pyramidenförmige Durchführungen bekannt sind, die das Substrat durchqueren. Bei dem in US 6,207, 903 B 1 eingesetzten Ätzverfahren zur Erzeugung der Durchführungen handelt es sich um ein nasschemisches Ätzverfahren, das die Anisotro- pie der Ätzgeschwindigkeit in Silizium-Einkristallen entlang verschiedener Kristallrich- tungen benutzt, so dass sich als Seitenwände der pyramidenförmigen Durchführungen stets kristalline (111)-Ebenen ausbilden. Die Seitenwände sind damit nicht vertikal, son- dern bilden stets einen Winkel von 54, 75° mit der Substratebene. Dieses Verfahren wird in US 5,913, 134 im Zusammenhang mit dem Aufbau von Hochfrequenzbauelementen mit koplanaren Wellenleitern im Detail weiter erläutert.

Die US 6,365, 513 B1 offenbart ein elektrisches Bauelement, insbesondere ein mikro- elektronisches oder mikroelektromechanisches Bauelement mit einem Grundkörper, der mit mindestens einer Durchführung versehen ist, die eine auf oder in einer Umgebung ei- ner Oberseite des Grundkörpers verlaufende erste Leitstruktur mit einer auf oder in einer Umgebung einer Unterseite des Grundkörpers verlaufenden zweiten Leitstruktur zumin- dest für hochfrequente elektromagnetische Wellen durchgängig verbindet, wobei die Durchführung in Form eines geraden Prismas oder eines geraden Zylinders ausgebildet ist.

Aus der US 4,348, 253 ist ein elektrisches Bauelement, insbesondere ein mikroelektroni- sches oder mikroelektromechanisches Hochfrequenzbauelement mit einem Grundkörper, der mit mindestens einer Durchführung versehen ist, bekannt. Die Durchführung verbin- det eine auf oder in einer Umgebung einer Oberseite des Grundkörpers verlaufende erste Leitstruktur und eine auf oder in einer Umgebung einer Unterseite des Grundkörpers

verlaufende zweite Leitstruktur, wobei die Durchführung in Form eines geraden Prismas oder eines geraden Zylinders ausgebildet ist.

US 5,619, 752 zeigt einen Wafer mit einem sich von einer Oberfläche zur anderen erstre- ckenden Via, das mit Hilfe eines Plasmaätzprozesses in den Grundkörper eingeätzt wird.

Aus der US 6,225, 651 B 1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Bauele- ments mit einer Durchführung für hochfrequente elektromagnetische Wellen durch einen Grundkörper bekannt, wobei auf einer Oberseite des Grundkörpers zumindest bereichs- weise eine elektrisch leitfähige Schicht und auf einer Unterseite des Grundkörpers eine Ätzmaskierung aufgebracht wird, wobei in den Grundkörper mittels der Ätzmaskierung in einem Plasmaätzschritt mindestens eine den Grundkörper durchquerende Verbindung mit mindestens nahezu senkrechten Seitenwänden eingeätzt wird, wobei nach dm Ätzen und einem Entfernen der Ätzmaskierung auf der Unterseite zumindest bereichsweise eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird, und wobei die Verbindung mit einem e- lektrisch leitenden Material zumindest weitgehend ausgefüllt oder belegt wird.

In J. P. Quine,"Characterization of Via Connections in Slicon Circuit Boards", IEEE Transactions in Microwave Theory and Techniques, Bd. 36, Nr. 1, S. 21-27, Januar 1988 wird die Analyse von leitenden, durch Siliziumdioxid von einem Siliziumwafer isolierten Vias, die zur Verbindung von streifenförmigen Übertragungskanälen dienen, beschrieben.

Schließlich offenbart die WO 02/33782 AI eine Vorrichtung zur Führung von elektro- magnetischen Wellen von einem Wellenleiter zu einem Übertragungskanal. Die Vor- richtung umfasst Kopplungsmittel, die zumindest eine dielektrische Schicht beinhalten, die eine Öffnung aufweist, die als elektrisch leitfähiges Via ausgebildet ist.

Die aus den vorgenannten Publikationen bekannten Durchführungen für mikroelektroni- sche oder mikroelektromechanische Hochfrequenzbauelemente haben den Nachteil, dass sie aufgrund der anisotropen Nassätzung von Silizium mit der (111)-Ebene als Ätzstopp sehr viel Platz benötigen, und dass die auf den dort beschriebenen Silizium-Substraten ge- führten koplanaren Wellenleiter für hochfrequente elektromagnetische Wellen im Giga- hertz-Bereich mit speziellen elektrischen Anpassstrukturen versehen werden müssen, um sie in ein entsprechendes Hochfrequenzbauelement integrieren zu können. Diese Anpass- strukturen führen andererseits zu einer Verschlechterung der Hochfrequenzeigenschaften

der elektrischen Bauelemente durch unerwünschte Verluste, eine Verringerung der Band- breite bzw. das Erfordernis einer speziellen Impedanzanpassung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines elektrischen Bauele- mentes, insbesondere eines mikroelektronischen oder mikroelektromechanischen Hoch- frequenzbauelementes, das einerseits hermetisch verkappbar ist, und bei dem es anderer- seits nicht zu den vorgenannten Nachteilen der aus dem Stand der Technik bekannten Durchführungen hinsichtlich ihrer Hochfrequenzeigenschaften kommt.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße elektrische Bauelement und das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Durchfüh- rungen sehr viel kleiner sind als im Stand der Technik herstellbar sind, und dass auf zu- sätzliche spezielle Anpassstrukturen zur Integration dieser Durchführungen in eine Schaltung mit Leitstrukturen für hochfrequente elektromagnetische Wellen, insbesondere im Bereich von 1 GHz bis 80 GHz, in der Regel verzichtet werden kann.

Weiter ist vorteilhaft, dass bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren für die einzelnen Verfahrensschritte etablierte Techniken eingesetzt werden können, wie sie bei- spielsweise aus DE 42 41045 Cl bekannt sind. Insbesondere lassen sich mit einem tro- ckenen Plasmaätzen Durchführungen bzw. sogenannte"Vias"mit nahezu senkrechten und glatten Seitenwänden realisieren, die sich durch geringe elektrische Verluste, insbe- sondere für hochfrequente elektromagnetische Wellen, und eine sehr gute Integrationsfä- higkeit in eine Hochfrequenzschaltungsumgebung auszeichnen. Zudem sind derartige Durchführungen in allen Leitungstypen oder Leitstrukturen aus der Familie der planaren Wellenleiter, d. h. beispielsweise koplanare Wellenleiter, Mikrostreifenleiter oder soge- nannte"slot-lines", wie sie bereits in Meinke und Gundlach, "Taschenbuch der Hochfre- quenztechnik", Band 2, Verlag Springer, 1992, beschrieben sind, einsetzbar.

Ein weiterer Vorteil der eingesetzten Plasmaätztechnik zur Erzeugung der Durchführung liegt darin, dass die Durchführungen nun mit einem hohen Aspektverhältnis, d. h. einem hohen Verhältnis von Durchmesser zu Höhe von typischerweise 1 : 10 oder mehr, und gleichzeitig einem in Draufsicht nahezu beliebigen Querschnitt, d. h. beispielsweise rund, quadratisch, rechteckig oder oval, gefertigt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist vorteilhaft hinsichtlich der gewünschten Hochfrequenzeigenschaften, wenn die Durchführung mit einem Metall, beispielsweise Gold, als elektrisch leitfähigem Material gefüllt oder belegt ist.

Die Dimensionen der Durchführung liegen bevorzugt in Draufsicht im Bereich einer Flä- che von 400 um2 bis 40.000 llm2, insbesondere 1.600 pm2 bis 10.000 llm2 bzw. bei einem Durchmesser von 20, um bis 200 u. m, insbesondere 40 um bis 100 um.

Der Grundkörper, d. h. in der Regel ein hochohmiger Siliziumwafer mit einem spezifi- schen Widerstand von mehr als 100 Qcm, weist zumindest im Bereich der Durchführung vorteilhaft eine typische Dicke von 100 um bis 650 um, beispielsweise 200 um, auf.

Ein zentrales Problem bei zum Schutz vor äußeren Einflüssen bzw. der Einstrahlung von elektromagnetischen Feldern verpackten oder verkappten Hochfrequenzbauteilen oder mikromechanischen Bauteilen oder Sensorelementen ist schließlich die Durchführung von Leitstrukturen, die mit dem verpackten elektrischen Hochfrequenzbauteil in Verbin- dung stehen, aus einem von einer Verkappung eingeschlossenen Innenraum nach außen, da diese Durchführungen einerseits hermetisch dicht und andererseits hochfrequenztaug- lich ausgeführt werden müssen. Ein in einer Weiterbildung der Erfindung verkapptes e- lektrisches Bauelement vermeidet das Problem der Durchführung der Leitstrukturen durch die Verkappung vorteilhaft über einen Rückseitenkontakt durch den Grundkörper hindurch, so dass um das verkappte Bauteil ein freies Gebiet zur Verfügung steht, das als Bondfläche für die Verkappung verwendet werden kann.

Zeichnungen Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung nä- her erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Prinzipskizze eines Schnittes durch einen Ausschnitt eines Bauelementes mit einer Durchführung, Figur 2 eine Draufsicht auf die Oberseite von Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf die Unterseite von Figur 1, Figur 4 eine Darstel- lung zweier benachbarter ungefüllter oder unbelegter Durchführungen in einem Grund- körper im Schnitt, Figur 5 eine Prinzipskizze einer Teststruktur mit zwei Durchführungen und ansonsten weitgehend analogem Aufbau gemäß den Figuren 1 bis 3 zur Vermessung

der Hochfrequenzeigenschaften dieser Struktur, Figur 6 einen Vergleich einer Messung der Reflexionsdämpfung einer doppelten Viadurchführung gemäß Figur 5 als Funktion der Frequenz und einen Vergleich mit einer Simulation ausgehend von einem Ersatz- schaltbild gemäß Figur 7, Figur 7 ein Ersatzschaltbild für den Aufbau gemäß Figur 5, Fi- gur 8 einen Vergleich einer Messung der Transmissionsdämpfung einer doppelten Via- durchführung gemäß Figur 5 im Vergleich mit einer Simulation auf der Grundlage des Ersatzschaltbildes gemäß Figur 7, Figur 9 ein alternatives Ausführungsbeispiel zu den Fi- guren 1 bis 3 mit einer versetzten Durchführung, Figur 10 ein weiteres alternatives Aus- führungsbeispiel zu den Figuren 1 bis 3 mit einer kapazitiven Kopplung der Leitstruktu- ren, Figur 11 eine zu Figur 5 weitgehend analoge Teststruktur zur Analyse der Hochfre- quenzeigenschaften einer Durchführung mit kapazitiver Kopplung gemäß Figur 10, Figur 12 verschiedene Simulationen der Reflexionsdämpfung einer doppelten Viadurchführung mit kapazitiver Kopplung gemäß Figur 11 als Funktion der Frequenz und der Kapazität, Figur 13 ein Ersatzschaltbild einer doppelten Viadurchführung gemäß Figur 11 und Figur 14 eine Prinzipskizze eines elektrischen Bauelementes im Schnitt mit einer Verkappung, das analog Figur 1, 5 oder 9 gebaut ist.

Ausführungsbeispiele Die Figur 1 erläutert ein erstes Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Bauelement 5 in Form eines mikroelektronischen Hochfrequenzbauelementes, wobei ein Grundkörper 10 in Form eines hochohmigen Siliziumwafers mit einem spezifischen elektrischen Wider- stand von bevorzugt mehr als 1.000 Qcm mit einer Mehrzahl von benachbarten Durch- führungen 13 bzw. sogenannten"Vias"versehen ist, die den Grundkörper 10 von dessen Oberseite 21 zu dessen Unterseite 20 durchqueren. Weiter ist auf der Oberseite 21 eine o- bere Leitstruktur 11 vorgesehen, während sich auf der Unterseite 20 eine untere Leit- struktur 12 befindet. Die Durchführungen 13 sind mit einem Metall, beispielsweise Gold, oder einem anderen, durch eine galvanische Abscheidung abscheidbaren Metall belegt.

Schließlich ist vorgesehen, dass die belegte Durchführung 13 elektrisch leitend mit der o- beren Leitstruktur 11 und der unteren Leitstruktur 12 in Verbindung steht, so dass die o- bere Leitstruktur 11 und die untere Leitstruktur 12 zumindest für hochfrequente elektro- magnetische Wellen durchgängig miteinander verbunden sind. Die Durchführung 13 ge- mäß Figur 1 weist räumlich gesehen die Form eines geraden Prismas oder eines geraden Zylinders auf, das oder der mit dem Metall als elektrisch möglichst gut leitfähiges Mate- rial belegt ist.

Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf Figur 1, so dass erkennbar wird, dass auf der Ober- seite 21 insgesamt drei Durchführungen 13 benachbart nebeneinander auf einer gemein- samen Verbindungslinie angeordnet sind. In Figur 2 sind dabei durch die gepunkteten Li- nien die in Draufsicht eigentlich nicht sichtbaren Durchführungen 13 angedeutet, die sich unterhalb der oberen Leitstruktur 11 befinden. Die obere Leitstruktur 11 gemäß Figur 2 ist in Form eines koplanaren Wellenleiters ausgeführt, wie er aus US 6,207, 903 B 1 oder DE 100 37 385 AI bekannt ist. Insbesondere weist die obere Leitstruktur 11 zwei parallel zueinander verlaufende Masseleitungen 11'auf, die eine Signalleitung 11"einschließen.

Weiter werden gemäß Figur 2 die Masseleitungen 11'bzw. die Signalleitung 11"mit Hilfe der diesen jeweils zugeführten Durchführungen 13 von der Oberseite 21 mit der Unterseite 20 des Grundkörpers 10 verbunden.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite 20 gemäß Figur 1 bzw. die gegenü- berliegende Seite von Figur 2. Auch hier sind erneut die eigentlich nicht sichtbaren Durchführungen 13 durch gepunktete Linien angedeutet. Auf der Unterseite 20 des Grundkörpers 10 verläuft schließlich auch hier als untere Leitstruktur 12 ein planarer Wellenleiter in Form eines koplanaren Wellenleiters mit zwei zueinander parallelen Mas- seleitungen 12', die eine Signalleitung 12"einschließen.

Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch einen Grundkörper 10 mit zwei Durchführungen 13 vor deren Ausfüllung oder Belegung mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispiels- weise einem Metall. Insbesondere ist in Figur 4 erkennbar, wie mit Hilfe eines Plasmatro- ckenätzverfahrens, beispielsweise gemäß DE 42 41 045 C1, durch anisotrope Plasmaät- zung Trenchgräben 14 in das Substrat 10, im erläuterten Beispiel einen Siliziumwafer, eingeätzt worden sind, die senkrecht zu dem zumindest in diesem Bereich ebenen Grund- körper 10 verlaufen, und die diesen durchqueren. Man erkennt deutlich, dass die Trenchgräben 14 nahezu senkrechte und weitgehend glatte Seitenwände aufweisen, wo- bei der Grundkörper 10 gemäß Figur 4 eine Dicke von ca. 200 um besitzt, während die Breite der Trenchgräben 14 bei ca. 100 yn liegt.

Die Figur 5 zeigt eine Teststruktur zur Bestimmung der Hochfrequenzeigenschaften eines elektrischen Bauelementes 5 mit einer Durchführung 13 von einer oberen Leitstruktur 11 zu einer unteren Leitstruktur 12 gemäß Figur 1 bzw. Figur 2 und 3. Im Unterschied zu Fi- gur 1 sind hier jedoch zwei Durchführungen 13 vorgesehen, die beispielsweise gemäß Fi- gur 4 beabstandet voneinander ausgebildet und mit einem Metall gefüllt oder belegt sind.

Diese beiden Durchführungen 13 verbinden eine auf der Oberseite 21 angeordnete obere

Leitstruktur 11 in Form eines koplanaren Wellenleiters gemäß Figur 2 mit zwei unteren Leitstrukturen 12, die ebenfalls als koplanare Wellenleiter jeweils gemäß Figur 3 ausge- bildet sind. Die obere Leitstruktur 11 weist gemäß Figur 5 eine Länge 1z von 0,5 mm bei einer Impedanz von 46 Q auf, während die unteren Leitstrukturen 12 jeweils eine Länge 11 von 2,35 mm und ebenfalls eine Impedanz von 46 Q aufweisen. Mit Hilfe der Test- struktur gemäß Figur 5 wird im Bereich eines ersten Messpunktes 40 eine hochfrequente elektromagnetische Wechselspannung in die Teststruktur eingespeist und im Bereich ei- nes zweiten Messpunktes 41 das transmittierte Signal aufgenommen.

Die Figur 7 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Teststruktur gemäß Figur 5. Dabei ist be- rücksichtigt, dass die Durchführungen 13 jeweils als Serienschaltungen eines ohm'schen Widerstandes R mit einer Induktivität L, der eine Kapazität Cs parallel geschaltet ist, dar- gestellt werden können. Der erhöhte kapazitive Belag innerhalb der Durchführungen 13 wird mit Hilfe der Kapazitäten Cp berücksichtigt.

Die Figur 6 zeigt eine Messung der Reflexionsdämpfung 30 elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich von ca. 1 GHz bis ca. 50 GHz an der Teststruktur gemäß Figur 5, sowie einen Vergleich mit einer Simulation der Reflexionsdämpfung 31 in diesem Fre- quenzbereich, wobei für diese Simulation das Ersatzschaltbild gemäß Figur 7 mit den an- gegebenen Längen li, 12 und der angegebenen Impedanzen der Leitstrukturen 11,12 he- rangezogen wurde. Man erkennt, dass Simulation und Messung, abgesehen vom Fre- quenzbereich größer 35 GHz, sehr gut übereinstimmen, so dass mit Hilfe des Ersatz- schaltbildes gemäß Figur 7 eine Berechnung und damit auch eine gezielte Einstellung der Eigenschaften eines elektrischen Bauelementes 5, das ähnlich Figur 5 aufgebaut ist, hin- sichtlich der Reflexionsdämpfung vorgenommen werden kann.

Die Figur 8 zeigt eine Messung der Transmissionsdämpfung 32 an der Teststruktur ge- mäß Figur 5, sowie einen Vergleich mit der Simulation der Transmissionsdämpfung 33 der Teststruktur 5, wobei auch hier für die Zwecke der Simulation das Ersatzschaltbild gemäß Figur 7 herangezogen wurde. Auch die Messung der Transmissionsdämpfung 32 befindet sich, abgesehen vom Frequenzbereich größer 35 GHz, in sehr guter Überein- stimmung mit der Simulation der Transmissionsdämfpung 33.

Die Figur 9 zeigt ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 ge- ringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel, wobei die der oberen Signalleitung 11" bzw. unteren Signalleitung 12"zugeordnete Durchführung 13'gegenüber den beiden be-

nachbarten Durchführungen 13 versetzt worden ist, d. h. Figur 9 weist eine versetzte Durchführung 13'auf, die gegenüber der Verbindungslinie der beiden Durchführungen 13 um einen Abstand v von beispielsweise 50 u. m bis 300, um, insbesondere 150 um, ver- setzt ist. Die versetzte Durchführung 13'kann dabei gegenüber der Verbindungslinie der beiden Durchführungen 13, wie in Figur 9 erläutert, zurückgesetzt sein, was bevorzugt ist, sie kann jedoch auch vorversetzt sein. Die Figur 9 zeigt im Übrigen lediglich die Un- terseite 20 des Grundkörpers 10, es ist jedoch klar, dass die Oberseite 21 entsprechend aufgebaut ist.

Durch die versetzten Durchführungen 13, 13', sogenannten"staggered Vias", gemäß Fi- gur 9 wird eine Performance-Steigerung hinsichtlich der Transmissionseigenschaften für hochfrequente elektromagnetische Wellen erreicht. Aus Simulation und Messung ergibt sich eine besonders geringe Reflexion und große Transmission für elektromagnetische Wellen im GHz-Bereich bei einem Versatz v von 50 zum bis 300 go, insbesondere 150 um.

Die Figur 10 zeigt ein weiteres, zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 oder 9 alter- natives Ausführungsbeispiel, wobei hier im Unterschied zu Figur 1 die obere Leitstruktur 11 von der Durchführung 13 durch ein Dielektrikum 15, insbesondere in Form einer strukturierten dielektrischen Schicht, beispielsweise aus Siliziumdioxid, getrennt ist. Auf diese Weise ist die obere Leitstruktur 11 von der unteren Leitstruktur 12 für Gleichstrom elektrisch isoliert, während für hochfrequente elektromagnetische Wellen eine kapazitive Kopplung durch das Dielektrikum 15 über die Durchführung 13 zwischen oberer Leit- struktur 11 und unterer Leitstruktur 12 gegeben ist, d. h. der Aufbau gemäß Figur 10 wirkt ähnlich einem Kondensator und kann damit vor allem sehr hochfrequente elektromagneti- sche Wellen im GHz-Bereich weiterhin übertragen.

Das Dielektrikum 15 weist bei einer Größe der Durchführung 13 von beispielsweise 50, um x 50 u. m bevorzugt eine Dicke von 45 nm bis 1.800 nm, insbesondere 90 nm bis 900 nm auf, was im Rahmen üblicher Technologien gut erreichbare Werte sind, d. h. es bildet mit den Leitstrukturen 11,12 und der Durchführung 13 einen Kondensator mit ei- ner Kapazität von 0, 05 pF bis 4 pF, insbesondere 0,1 pF bis 2 pF. Es ist weiter bevorzugt entsprechend der Fläche der Durchführung 13 in Draufsicht dimensioniert oder geringfü- gig größer ausgeführt und kann zusätzlich auch auf der Unterseite 20 oder alternativ nur auf der Unterseite 20 des Grundkörpers 10 vorgesehen sein. Bevorzugt ist die in Figur 10 gezeigte Variante.

Die Figur 11 zeigt, ausgehend von Figur 10, eine Teststruktur zur Analyse der Übertra- gungseigenschaften für hochfrequente elektromagnetische Wellen über eine Durchfüh- rung mit kapazitiver Kopplung gemäß Figur 10 anhand zweier paralleler Durchführungen 13, die im Bereich eines ersten Messpunktes 40 mit hochfrequenten elektromagnetischen Wellen beaufschlagt werden. Die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen werden danach im Bereich eines zweiten Messpunktes 41 nach Transmission durch beide Durch- führungen und Übertragung über die Leitstrukturen 12,11, 12 erfasst. Die Dimensionie- rung der oberen Leitstruktur 11 bzw. der unteren Leitstruktur 12 sowie der Durchführun- gen 13 ist in Figur 11, abgesehen von dem Dielektrikum 15, entsprechend der Teststruk- tur gemäß Figur 5.

Die Figur 13 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Teststruktur gemäß Figur 11, das sich von dem Ersatzschaltbild gemäß Figur 7 für die Teststruktur gemäß Figur 5 lediglich durch die zusätzliche, in Reihe mit dem ohm'schen Widerstand R und der Induktivität L ge- schaltete Kapazität Cs unterscheidet, die über das Dielektrikum 15 bereitgestellt wird.

Die Figur 12 zeigt verschiedene Simulationen der Reflexionsdämpfung 31 für elektro- magnetische Wellen im Frequenzbereich von ca. 1 GHz bis ca. 50 GHz, die mit Hilfe des Ersatzschaltbildes 13 für die Teststruktur 11 als Funktion der Kapazität Cs berechnet worden sind. Dabei ergibt sich für den Fall Cs = 0, d. h. den Fall, dass das Dielektrikum 15 nicht vorhanden ist, wieder die Teststruktur gemäß Figur 5 bzw. das Ersatzschaltbild ge- mäß Figur 7. Insofern deckt sich die Simulation der Reflexionsdämpfung 31 für Cs = 0 in Figur 12 mit der entsprechenden Simulation der Reflexionsdämpfung 31 in Figur 6. Als Funktion der Kapazität Cs erkennt man in Figur 12 weiter, dass sich die Transmissionsei- genschaften der Teststruktur 11 erheblich verändern, so dass es über die Variation der Kapazität Cs gezielt und im voraus berechenbar möglich ist, die Transmissions-bzw. Re- flexionseigenschaften für hochfrequente elektromagnetische Wellen der Teststruktur 11 an ein gewünschtes Eigenschaftsprofil anzupassen.

Insgesamt führt der Einsatz einer dielektrischen Schicht 15 gemäß Figur 10 bzw. Figur 11 dazu, dass man nun eine gezielte Anpassung der Transmissionseigenschaften der Test- struktur bzw. auch eines elektrischen Bauelementes 5 als Funktion der Frequenz vorneh- men kann. So lässt sich durch Veränderung der Kapazität Cs von 0, 1 pF bis 2 pF die Mit- tenfrequenz gemäß Figur 12 von ca. 10 GHz bis ca. 50 GHz verschieben.

Die Figur 14 zeigt eine Prinzipskizze eines vollständigen elektrischen Bauelementes 5, insbesondere eines mikroelektronischen oder mikroelektromechanischen Hochfrequenz- bauelementes, wobei zwei Durchführungen 13 vorgesehen sind, die jeweils die Unterseite 20 des Grundkörpers 10, der ein Siliziumwafer ist, mit dessen Oberseite 21 verbinden.

Auf der Unterseite 20 verlaufen jeweils einer der Durchführungen 13 zugeordnete untere Leitstrukturen 12, die in Form von koplanaren Wellenleitern gemäß Figur 3 ausgebildet sind. Die obere Leitstruktur 11 auf der Oberseite 21 ist ebenfalls als koplanarer Wellen- leiter ausgebildet und steht mit einem nicht näher dargestellten elektrischen Bauteil 17 o- der Sensorelement, insbesondere einem mikroelektronischen oder mikroelektromechani- schen Hochfrequenzbauteil, in Verbindung. Dieses elektrische Bauteil 17 ist beispiels- weise eine Hochfrequenzdiode, ein Hochfrequenztransistor, ein in Mikromechanik gefer- tigter Kurzschlussschalter gemäß DE 100 37 385 AI oder ein anderes in Mikromechanik gefertigtes Sensorelement.

Schließlich ist gemäß Figur 14 eine Verkappung 16 vorgesehen, die das elektrische Bau- teil 17 hermetisch dicht verkappt und somit vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Kor- rosion oder Schmutz und unerwünschten Gasen schützt.

Das Material der Verkappung 16 ist bevorzugt ein Material, das einen thermischen Aus- dehnungskoeffizienten ähnlich dem des Materials des Grundkörpers 10, d. h. Silizium, aufweist, und das sich auch mikrosystemtechnisch herstellen lässt. Bevorzugt werden als Material für die Verkappung 16 Silizium und Floatgas wie Borosilikat-Floatglas einge- setzt.

Zur Herstellung der Verkappung 16 werden in eine Siliziumscheibe oder Glasscheibe in üblicher Weise geeignet dimensionierte Kavernen eingeätzt, in denen sich später das bei- spielsweise als mikroelektromechanisches Hochfrequenzbauteil ("HF-MEMS-Struktur") ausgebildete elektrische Bauteil 17 befindet.

Zur Befestigung der Verkappung 16 auf dem Grundkörper 10, insbesondere mit Hilfe ei- nes"Bondralimens"wird bevorzugt eine Glasfritte eingesetzt. Im Fall des Borosilikat- Floatglases kann man sich auch des anodischen Bondens bedienen. Danach werden die verkappten Bauteile durch Sägen 17 vereinzelt und in eine Schaltungsumgebung integ- riert. Zudem können, sofern erforderlich, die verkappten elektrischen Bauteile 17 nach der Metallisierung der Durchführungen 13 integrationsseitig auch noch mit üblichen An- schlusskontakten ("bumps") für einen Löt-oder Klebeprozess versehen werden.

Durch die Verkappung 16 ist somit ein hermetisch dicht abgeschlossener Innenraum 18 entstanden, in dem sich das elektrische Bauteil 17, das über die obere Leitstruktur 11 und die Durchführungen 13 für hochfrequente elektromagnetische Wellen durchgängig mit den unteren Leitstrukturen 12 verbunden und darüber elektrisch ansteuerbar ist, auf dem Grundkörper 10 oder im Bereich der Oberfläche des Grundkörpers 10 befindet.

Den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist gemein, dass die Durchführungen 13 von mit Hilfe eines Plasmaätzverfahrens in das Substrat 10 eingeätzten Trenchgräben 14 ge- bildet werden, die beispielsweise mit einem Metall gefüllt oder belegt wurden. Die Durchführungen 13 sind daher als gefüllte bzw. belegte gerade Prismen, d. h. Körper mit kongruenten Vielecken als Grundflächen, wobei die Kanten senkrecht auf der Grundflä- che stehen, oder gefüllte bzw. belegte gerade Zylinder, d. h. Körper, der von einer Zylin- derfläche mit geschlossener Leitkurve und zwei parallelen Ebenen, den Grundflächen des Zylinders, begrenzt wird, ausgebildet. Insbesondere sind die Durchführungen 13 gegen- über dem Stand der Technik vergleichsweise klein, und sie weisen ein relativ hohes As- pektverhältnis bei weitgehend beliebigem Querschnitt auf. Im Übrigen sei betont, dass die Dicke des Grundkörpers 10 für die Hochfrequenzeigenschaften der Durchführungen 13 nicht in erster Linie entscheidend ist, sondern vielmehr deren laterale Ausmessungen und ihre Form.

Die erfindungsgemäßen Hochfrequenzdurchführungen (HF-Vias) können bspw. in Kreu- zungspunkten angewendet werden. Damit lassen sich verlustarme Hochfrequenzkreuzun- gen aufbauen.

In einer Kreuzung wird der eine Signalpfad durchgeführt, der andere unterbrochen. Die Figur 15 zeigt eine solche Anordnung für koplanare Leiterbahnen (41,42), die Figur 16 eine solche für Mikrostreifenleitungen (43, 44). Diese Unterbrechung wird nun erfin- dungsgemäß durch folgende Struktur überbrückt. Ein koplanares HF-Via (45,46) führt von der Unterseite (50) auf die Oberseite (47) des Substrats (51), bspw. Silicium (vgl. Fi- guren 17 und 18). Dort läuft eine Koplanarleitung (48) auf die andere Seite der Struktur, wo sich ein weiteres HF-Via (49) anschließt, welches wiederum auf die Unterseite (50) des Substrats (51) führt. Der unten liegende Signalpfad wird also überbrückt, benötigt evtl. jedoch aufgrund des Substrateinflusses eine Impedanzanpassung. Der Chip (Sub- strat) (51) kann mit Bumps (52) versehen werden und so den elektrischen und mechani- schen Kontakt herstellen.

Das Verfahren zur Herstellung einer Durchführung 13 gemäß Figur 1 sieht vor, dass zu- nächst als Ausgangsmaterial bzw. Grundkörper 10 gereinigtes hochohmiges Silizium mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 1.000 Qcm bereitgestellt wird, auf dieses einseitig, z. B. auf der Oberseite 21, eine leitfähige, galvaniktaugliche Metallschicht auf- gesputtert und anschließend gegebenenfalls strukturiert wird, danach auf der Unterseite 20 des Grundkörpers 10 ein Fotolack aufgebracht und im Bereich der zu erzeugenden Durchführungen 13 fotolithographisch strukturiert wird, d. h. eine Lackmaske als Ätz- maskierung bildet, nachfolgend in einem Plasmatrockenätzschritt, beispielsweise gemäß DE 42 41 045 C1 das Silizium im Bereich der zu erzeugenden Durchführungen 13 durch den Grundkörper 10 hindurch bis zu der gegenüber liegenden Metallschicht durchgeätzt wird, nach anschließender Entfernung der Lackmaske die zunächst nicht metallisierte Seite des Grundkörpers 10 durch Sputtern ebenfalls zumindest bereichsweise metallisiert wird, danach durch Aufbringen einer Lackmaske auf beiden Seiten des Grundkörpers 10 und anschließender galvanischer Verstärkung die Leitstrukturen 11,12 in Form von bei- spielsweise koplanaren Wellenleitern für hochfrequente elektromagnetische Wellen er- zeugt und gleichzeitig die erzeugten Durchführungen 13 metallisch verstärkt werden, und abschließend durch einen Ätzschritt für Zwecke der galvanischen Verstärkung erzeugte übliche Galvanikzuleitungen beidseitig wieder entfernt werden, so dass neben den Leit- strukturen 11,12 die erzeugten, mit einem Metall belegten Durchführungen 13 stehen bleiben.

Eine alternative Variante zu diesem Verfahren sieht vor, dass nach dem Bereitstellen des gereinigten hochohmigen Siliziums als Ausgangsmaterial auf die Oberseite 21 zunächst eine dielektrische Schicht einseitig aufgebracht und gegebenenfalls strukturiert wird, da- nach die leitfähige, galvaniktaugliche Metallschicht einseitig aufgesputtert und gegebe- nenfalls strukturiert wird, nachfolgend erneut auf der Unterseite 20 ein Fotolack aufge- bracht und im Bereich der zu erzeugenden Durchführungen 13 fotolithographisch struktu- riert wird, so dass eine Lackmaske als Ätzmaskierung entsteht, und danach in einem Plasmaätzschritt das Silizium im Bereich der zu erzeugenden Durchführungen 13 bis zu der auf der gegenüber liegenden Seite vorhandenen dielektrischen Schicht durchgeätzt wird, wodurch sich Trenchgräben 14 bilden, die den Grundkörper 10 senkrecht durchque- ren. Nach einem Entfernen der Lackmaske als Ätzmaskierung wird dann zunächst die dielektrische Schicht, die bevorzugt eine Oxidschicht ist, zumindest im Bereich der zu er- zeugenden Durchführungen 13 wieder entfernt, und die zunächst nicht metallisierte Seite des Grundkörpers 10, beispielsweise durch Sputtern, metallisiert, bevor erneut durch

Aufbringen von Fotolackmasken auf beiden Seiten des Grundkörpers 10 und anschlie- ßende galvanische Verstärkung die Leitstrukturen 11 bzw. 12 erzeugt und die Durchfüh- rung 13 metallisch verstärkt bzw. mit einem Metall belegt wird. Abschließend werden dann in einem Ätzschritt erzeugte Galvanikzuleitungen beidseits des Grundkörpers 10 wieder entfernt, so dass nur die Leitstrukturen 11,12 und die Durchführung 13 bestehen bleiben.

Ergänzend sei noch betont, dass sich die vorstehend erläuterten Verfahren zur Realisie- rung aller bekannten Typen von Leitstrukturen und insbesondere planaren Wellenleitern wie koplanaren Wellenleitern, Mikrostreifenleitern und sogenannten"slot-lines"eignen.

Das Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Bauelementes 5 gemäß Figur 10 mit ei- ner kapazitiven Kopplung durch ein Dielektrikum 15 unterscheidet sich von dem vorste- hend erläuterten Verfahren lediglich dadurch, dass nach dem Entfernen der Ätzmaskie- rung nach dem Plasmaätzschritt das Dielektrikum 15, das erneut bevorzugt als Oxid- schicht vorliegt, in dem Bereich der Durchführung 13 nicht wieder entfernt wird, und in Gegenwart des Dielektrikums 15 die noch nicht metallisierte Seite des Grundkörpers 10 beispielsweise durch Sputtern metallisiert wird. Das weitere Vorgehen ist dann wie vor- stehend bereits beschrieben.

Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz einer dielektrischen Schicht 15 zur kapazitiven Kopplung können im Bereich der oberen Leitstruktur 11 und/oder im Bereich der unteren Leitstruktur 12 im Übrigen auch weitere Serienkapazitäten zur HF-Kompensation einge- setzt sein, die beispielsweise durch den Leitstrukturen 11, 12 vorgeschaltete kapazitive Leitungsstücke wie beispielsweise Interdigitalkapazitäten realisiert sind.