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    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen und ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelementes, mit welchem die Leiter (5, 6, 7) des Koplanarleitungssystems in einer Membran (3) derart eingebettet sind, dass sie über einem vollständig zurückgeätzten Bereich (18; 19, 20) des Substrates (1) für eine Entkopplung der Leiter von dem Substrat (1) frei hängen. Ein weiteres Substrat (13) wird mit der Unterseite des zurückgeätzten Bereiches (18; 19, 20) des prozessierten Substrats (1) derart verbunden, dass ein Hohlbereich für eine Entkopplung des Koplanarleitungssystems (5, 6, 7) von dem Substrat (1) entsteht.
    公开号:DE102004022177A1
    申请号:DE200410022177
    申请日:2004-05-05
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Mojtaba Joodaki
    申请人:Atmel Germany GmbH；
    IPC主号:B81C1-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einesKoplanarleitungssystems auf einem Substrat zur Übertragung von elektromagnetischenWellen und ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Bauelementzur Übertragung vonelektromagnetischen Wellen.
    [0002] DieBauelemente-Modellierung von auf einem Halbleitersubstrat integriertenBauelementen nimmt mit steigender Betriebsfrequenz eine immer größere Rolleein, da dann die Leitungseigenschaften, die Reflektionen an Diskontinuitäten, das Überlappenund die Verlustleistungen zunehmen. Somit ist eine Berücksichtigungdieser Effekte in der Modellierung, insbesondere im Hochfrequenzbereich,im allgemeinen unerlässlich.Insbesondere bei einem niederohmigen Substrat, wie beispielsweiseeinem Silizium-Substrat, ist der parasitäre Einfluss der Substratleitfähigkeitund zusätzlicherKapazitätennicht zu vernachlässigen.
    [0003] Obwohlallgemein auf beliebige Leitungen oder beliebige passive Bauelementeanwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf eine Koplanarleitung (coplanarwaveguide; CPW) nähererläutert.
    [0004] Dasich die Technologie im Radiofrequenz-Bereich von großen Systemenmit einer großenReichweite hin zu kleineren Systemen mit einer geringeren Reichweiteverlagert und immer mehr neuere Systeme mobil ausgestaltet werden,geht der Trend in dem RF-Bereich dahin, radiofrequenztaugliche Geräte zu schaffen,welche günstigerund handlicher ausgebildet sind. In den letzten Jahren wurden daherzunehmend sogenannte Koplanarleitungen untersucht, welche gegenüber denherkömmlichen Mikrostreifen-Ausgestaltungenerhebliche Vorteile aufweisen. Beispielsweise ist die Dispersionaufgrund der Leistungsübertragungdurch Luft bei einem Koplanarleitungssystem niedriger und die parasitären Störungen,beispielsweise Diskontinuitäten,sind geringer als bei herkömmlichenMikrostreifen-Ausgestaltungen. Zudem werden keine Durchgangslöcher benötigt, sodass die mechanisch nicht stabilen Halbleiter nicht so extrem dünn ausgebildetwerden müssen.
    [0005] DieKoplanarleitung ist ein planares Drei-Leiter-System, bestehend imallgemeinen aus einem Signalleiter und zwei symmetrisch dazu angeordneten Masseleitern.Die Koplanarleitung weist entsprechend der drei Leiter zwei Grundwellenauf, welche allgemein als Koplanarleitungswelle (coplanar mode) undSchlitzleitungswelle (slot line mode) bezeichnet werden. Technischgewünschtist jedoch lediglich die Koplanarleitungswelle, weshalb durch Massebrücken immersichergestellt sein muss, dass sich die zweite Mode nicht ausbreitenkann.
    [0006] Gemäß dem Standder Technik besteht eine derartige Koplanarleitung daher im allgemeinenaus drei Metallstreifen, welche parallel zueinander verlaufend inbeispielsweise einer Siliziumoxid-Schicht eingebettet sind. Dabei mussdie Oxid-Schicht zwischen der Metallisierung und dem niederohmigen Trägersubstratmöglichstdick sein, um die Substratverluste so gering wie möglich haltenzu können.
    [0007] Andiesem Ansatz gemäß dem Standder Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,dass durch die direkte Kopplung des koplanaren Leitungs-systemsbzw. der einzelnen Leiter der Koplanarleitung mit der dielektrischenSchicht bzw. dem Substrat hohe Leitungsverluste, hohe Substratverlusteund geringe Dämpfungder Wechselwirkungen der einzelnen Moden untereinander auftreten.Somit treten insbesondere im Hochfrequenzbereich ungewollte Effekte,wie Abstrahlung, Überkopplungvon Signalen oder Schwingungen von Verstärkerschaltungen, etc. auf.
    [0008] Somitist es allgemein wünschenswert,die Leiterverluste eines Koplanarleitungssystems möglichstgering zu halten. Ein Ansatz gemäß dem Stand derTechnik besteht darin, ein mikroabgeschirmtes Leitungssystem zuschaffen, in welchem der mittige Signalleiter und die parallel dazuangeordneten Masselaiter zumindest teilweise mit Luft umgeben sind, wobeidie einzelnen Leiter auf beispielsweise einer 1,5 μm dickendielektrischen Membran getragen werden, wobei unter der Membraneine luftaufweisende Ausnehmung vorgesehen ist. Somit kann eineeinzige Mode, d.h. eine Wellenausbreitung über einen sehr breiten Bandbereichmit einer verringerten Dispersion und einem verringerten dielektrischenVerlust erreicht werden. Durch eine metallisierte Abschirmungsausnehmungunterhalb des Leitungssystems werden Kopplungen zwischen benachbartenLeitungen und Störmodenin dem Substrat verringert.
    [0009] Andiesem Ansatz gemäß dem Standder Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,dass die bisherige Herstellung einer mikroabgeschirmten Koplanarleitungabhängigvon der Technologie zur Herstellung der dünnen dielektrischen Membranund abhängigvon dem anisotro pen Ätzvorgangdes Trägersubstratesist. Die bisher verwendete Membran besteht aus einem Drei-Schicht-Aufbauaus SiO2-Si3N4-SiO2. Das Herstellungsverfahreneines derartigen Drei-Schicht-Aufbaus ist aufwendig und kompliziert undmuss in mindestens zwei Schritten durchgeführt werden. Zunächst wirdeine Öffnungin der Siliziumnitrid-Schicht auf der Rückseite des Substrates definiertund anschließendwird das Substrat so lange zurückgeätzt, biseine durchsichtige Membran entsteht. Danach werden verschiedenefür dieMikroabschirmung günstigeGeometrien mittels Photolithographie erzeugt. Dieses Herstellungsverfahrenist somit aufwendig und kostenintensiv, wobei die Metallisierungenlediglich relativ dünnausgebildet werden können,was in hohen Leitungsverlusten und hohen elektrischen Widerstandswertenresultiert.
    [0010] Fernerbesteht der Nachteil dieses Ansatzes gemäß dem Stand der Technik darin,dass die oberen Massestellen und die unteren Masseleiter nicht direkt miteinanderverbunden sind, sondern durch eine dielektrische Schicht voneinandergetrennt sind. Somit müssendie einzelnen Massestellen getrennt voneinander geerdet werden,was einen zusätzlichenArbeitsaufwand bedarf.
    [0011] Somitist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahrenfür mikroabgeschirmteKoplanarleitungen und ein durch ein derartiges Herstellungsverfahrenerzeugtes Bauelement zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile beseitigenund insbesondere ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren sowie einBauelement mit geringeren elektrischen Verlusten und einfachererErdung gewährleisten.
    [0012] Dieder vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,dass eine verbesserte Integration der einzelnen Leiter des koplanarenLeitungssystems und eine direkte Verbindung der oberen und unterenMassestellen sowie eine auf einfache Weise hergestellte Verdickungder einzelnen Leiter der Koplanarleitung durch folgende Schrittegewährleistetwird: Bilden mindestens eines koplanaren Leitungssystems, bestehendaus vorzugsweise einem Signalleiter und zwei Masseleitern, auf einem vorbestimmtenBereich des Substrates (1); Bilden einer dielektrischenIsolationsschicht überden einzelnen Leitern des koplanaren Leitungssystems; vollständig Zurückätzen einesBereiches des Substrates unterhalb des koplanaren Leitungssystemsvon der Unterseite des Substrates her derart, dass der Signalleiterdes koplanaren Leitungssystems vollständig und jeder Masseleiterzumindest teilweise durch Einbettung in die zweite dielektrischeIsolationsschicht frei hängend über demvollständigzurückgeätzten Bereichdes Substrates getragen werden; und strukturiert Metallisieren derOberflächedes zurückgeätzten Bereichesdes Substrates und der sich überdem vollständigzurückgeätzten Bereichbefindlichen Abschnitte der einzelnen Leiter des koplanaren Leitungssystemsvon der Unterseite des Substrates her zum Bilden eines verdicktenSignalleiters und zumindest teilweise verdickter Masseleiter.
    [0013] Somitwird durch ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahrenein Bauelement zum Übertragenvon elektromagnetischen Wellen hergestellt, bei welchem die Leitergegen äußere Einflüsse ohnezusätzlicherAbdeckung vollständigabgeschirmt sind und der Signalleiter vollständig von dem Substrat derartentkoppelt ist, dass keine elektromagnetische Kopplung mit dem Substratund somit zu anderen Leitern bzw. anderen Bauelementen auftretenkann. Somit könnenStörungenund elektromagnetische Verluste vermindert oder gänzlich beseitigtwerden.
    [0014] Fernersind die oberen Masseleiter der Koplanarleitung direkt mit der unterenMassemetallisierung verbunden, so dass lediglich ein einheitlicher Masseanschlussvorzusehen ist.
    [0015] Zudemist der Signalleiter auf einfache Weise dicker ausgebildet als beieinem Bauelement, welches nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestelltist. Dies reduziert vorteilhaft die elektromagnetischen Verlusteund den elektrischen Widerstand der Signalleitung.
    [0016] Zusätzlich istdas vorliegende Bauelement im Radiofrequenz- bzw. im Hochfrequenzbereichfür siliziumbasierendeTechnologien füreine monolithische Integration des koplanaren Leitungssystems geeignet.Somit wird insgesamt die Leistungsfähigkeit des Bauelementes erhöht, wobeidieses durch ein einfacheres Herstellungsverfahren kostengünstigerherstellbar ist.
    [0017] Inden Unteransprüchenfinden sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen desim Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens und des im Anspruch 25angegebenen Bauelementes.
    [0018] Gemäß einerbevorzugten Weiterbildung wird eine zusätzliche Schicht, insbesondereeine erste dielektrische Isolationsschicht auf der Oberseite desSubstrates vor dem Bilden der Leiter gebildet. Diese zusätzlicheSchicht kann vorteilhaft einem Schutz der Leitermetallisierungenvor etwaigen Ätzmittelndienen.
    [0019] Gemäß einerweiteren bevorzugten Weiterbildung werden durch die strukturierteMetallisierung der Oberflächedes zurückgeätzten Bereichesdes Substrates und der sich überdem vollständigzurückgeätzten Bereichbefindlichen Abschnitte der einzelnen Leiter des koplanaren Leitungssystemsvon der Unterseite des Substrates her untere Masseleiter gebildet,welche jeweils mit den sich überdem vollständigzurückgeätzten Bereichdes Substrates befindlichen Abschnitten der entsprechenden Masseleiter verbundenwerden. Somit erfolgt eine direkte Verbindung der oberen und unterenMasseleiter ohne einer nachteiligen dielektrischen Zwischenschicht.Dadurch kann insgesamt ein einheitlicher Masseanschluss erfolgen,was kostengünstigbewerkstelligt werden kann. Zusätzlichwird der Signalleiter durch diese Metallisierung verdickt, so dassder elektrische Widerstand des Signalleiters vorteilhaft verringert wird.
    [0020] Vorteilhaftwird das vollständigeZurückätzen einesBereiches des Substrates unterhalb der jeweiligen Leiterbahn mittelseines einzigen nasschemischen Ätzverfahrens,beispielsweise unter Zuhilfenahme einer dritten Isolationsschicht,ausgeführt.Alternativ kann es vorteilhaft sein, das vollständige Zurückätzen des Bereiches des Substratesunterhalb der jeweiligen Koplanarleitung durch zwei aufeinanderfolgende Ätzschritteauszuführen.Dabei besteht der erste Ätzschrittvorzugsweise darin, einen Bereich des Substrates unterhalb der jeweiligenKoplanarleitung derart teilweise zurückzuätzen, dass eine dünne Substratschichtunterhalb der jeweiligen Koplanarleitung zurückbleibt. In einem anschließenden zweiten Ätzschrittwird zum Bilden einer Stufenstruktur des zurückgeätzten Bereiches des Substratesunterhalb der jeweiligen Koplanarleitung ein Abschnitt der zuvorgebildeten dünnenSubstratschicht mittels beispielsweise eines weiteren nasschemischen Ätzverfahrensvollständigzurückgeätzt. Somitkönnen aufeiner geringen Oberflächemehrere Koplanarleitungssysteme benachbart zueinander gleichzeitig durchAusführender beiden vorgenannten Ätzschrittehergestellt werden, wobei die nicht vollständig zurückgeätzten Abschnitte der zuvorgebildeten dünnenSubstratschicht eine größere Stabilität der Substratoberfläche gewährleisten.Insbesondere kann der erste und der zweite Ätzschritt als nasschemisches Ätzverfahrenausgeführtwerden. Bei dem zweiten Ätzschrittwird beispielsweise eine weitere Isolationsschicht auf der Unterseitedes Substrates und der Oberflächedes teilweise zurückgeätzten Abschnittsabgeschieden, wobei die vierte Isolationsschicht durch Entwickelneines beispielsweise aufgedampften photoresistiven Materials strukturiertwird, um die gewünschteanisotropische vollständigeZurückätzung einesAbschnitts der zuvor gebildeten dünnen Substratschicht zu gewährleisten.Als abschließendeBehandlungen könnenbeispielsweise die photoresistive Schicht mittels einer geeigneten Lösung, beispielsweiseAzeton, abgewa schen und die auf der Unterseite des Substrates verbliebenen Isolationsschichtenmittels beispielsweise eines nasschemischen Ätzverfahrens oder eines Trockenätzverfahrensbeseitigt werden.
    [0021] Gemäß einemweiteren bevorzugten Ausführungsbeispielwird ein weiteres Substrat mit geeigneter Geometrie zum Bilden einesLuftbereiches auf der Unterseite des prozessierten Substrates aufgebracht.Aufgrund der günstigenDielektrizitätskonstantenvon Luft erfolgt somit eine gute Abschirmung des Signalleiters zumSubstrat und zu weiteren benachbarten Leitern. Dadurch können Substratverlusteund elektromagnetische Verluste verringert werden. Vorzugsweiseist das weitere Substrat mit einer Metallisierung an der Oberfläche ausgebildet,welche zumindest teilweise mit den unteren Masseleitern verbundenwerden kann. Somit kann auch der Widerstand der unteren Masseleiterverringert werden und zusätzlicheine mechanisch stabile Verbindung hergestellt werden.
    [0022] Vorzugsweisewird das weitere Substrat mit einer derartigen Geonmetrie ausgebildet,dass es zumindest teilweise in den teilweise zurückgeätzten Bereich formschlüssig eingesetztwerden kann. Somit entsteht wiederum ein gut abgeschirmter Hohlbereichund eine ausgezeichnete Entkopplung des Signalleiters von dem Substratund von benachbarten Leitern. Zudem kann die Oberfläche desweiteren Substrates wiederum eine Metallisierung aufweisen, welchemit der unteren Massemetallisierung des prozessierten Substratesverbunden werden kann. Dadurch kann der elektrische Widerstand derMasseleitungen erheblich verringert und die Stabilität des gesamtenBauelementes vergrößert werden.
    [0023] Nacheinem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielwird vor der strukturierten Metallisierung eine photoresistive Schichtbzw. ein Photolack auf der Oberfläche des zurückgeätzten Bereiches des Substratesgebildet und ent sprechend beleuchtet bzw. entwickelt. Der Photolackstellt eine einfache Variante einer Maske für eine strukturierte Metallisierungdes Substrates dar.
    [0024] Vorzugsweisewird sowohl der Signalleiter an den den Masseleitern zugewandtenBereichen als auch die Masseleiter jeweils an dem dem Signalleiter zugewandtenBereich füreine Verdickung zusätzlich metallisiert.Diese Bereiche der Leiter weisen die höchsten Stromdichten auf, sodass an diesen Bereichen dickere Leitungen als an den übrigen Bereichen vorteilhaftsind.
    [0025] Gemäß einemweiteren bevorzugten Ausführungsbeispielwird eine Abdeckmetallisierung über demkoplanaren Leitungssystem ausgebildet, welche deckelförmig voneinem Masseleiter zu dem gegenüberliegendenMasseleiter verläuftund diese elektrisch miteinander verbindet. Dadurch entsteht ein vollständig abgeschirmtesKoplanarleitungssystem und eine einheitliche Masseleitung für das gesamte System.Ferner wird die Signalleitung durch äußere Störeinflüsse und Verunreinigungen abgeschirmt.
    [0026] Beispielsweisekönnenmehrere Koplanarleitungssysteme nebeneinander auf einem gemeinsamenSubstrat vorgesehen werden, wobei das Substrat zum Bilden der jeweiligenHohlbereiche und Metallisierungen gemeinsamen Verfahrensschrittenunterzogen wird. Somit muss nicht jedes einzelne Koplanarleitungssystemgesondert hergestellt werden, sondern es können alle Koplanarleitungssystemezusammen kostengünstigmittels gemeinsamer Verfahrensschritte erzeugt werden. Beispielsweisewerden die jeweils zugewandten Masseleiter benachbarter Koplanarleitungssysteme über dendurch das strukturierte Metallisieren gebildeten unteren Masseleiter elektrischmiteinander verbunden. Somit genügtwiederum lediglich eine einheitliche Massestelle.
    [0027] Insbesondereist das Substrat als Silizium-Halbleitersubstrat ausgebildet. Vorzugsweisebestehen die einzelnen Leiter aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold,Titan, oder dergleichen und sind als für den Hochfrequenzbereich geeigneteLeiter ausgebildet.
    [0028] Gemäß einemweiteren bevorzugten Ausführungsbeispielwerden die dielektrischen Isolationsschichten mit Ausnahme der Membranaus einem anorganischen Isolationsmaterial, beispielsweise einemSiliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, Silizium mit eingeschlossenenLuftbereichen, Siliziumnitrid, oder dergleichen gebildet.
    [0029] Dieals Membran dienende dielektrische Isolationsschicht besteht vorteilhaftaus einem organischen Isolationsmaterial, beispielsweise einem organischenPolymer-Material, wie beispielsweise Benzozyclobuten (BCB), SiLK,SU-8, Polyimid, oder dergleichen.
    [0030] Nachfolgendwerden bevorzugte Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren derZeichnung nähererläutert.Von den Figuren zeigen:
    [0031] 1a bis 1i Querschnittsansichteneines erfindungsgemäßen Bauelementesin verschiedenen Verfahrenszuständenzur Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0032] 2a bis 2k Querschnittsansichteneines erfindungsgemäßen Bauelementesin verschiedenen Verfahrenszuständenzur Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0033] 3a eineschematische Darstellung einer Stromdichte-Verteilung in einem Koplanarleitungssystem;
    [0034] 3b eineQuerschnittsansicht eines Bauelementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung;
    [0035] 4 eineQuerschnittsansicht eines Bauelementes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung;
    [0036] 5 eineQuerschnittsansicht eines Bauelementes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung; und
    [0037] 6 eineQuerschnittsansicht eines Bauelementes gemäß einem sechsten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0038] Inden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleicheKomponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
    [0039] 1a bis 1i illustrierenQuerschnittsansichten eines Bauelementes in einzelnen Verfahrenszuständen, wobeianhand der 1a bis 1i einHerstellungsverfahren eines Bauelementes zur Übertragung elektromagnetischerWellen gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung nähererläutertwird.
    [0040] Wiein 1a ersichtlich ist, wird beispielsweise in einembereits fürdie Herstellung eines FGCPW (finite ground coplanar waveguide)-Koplanarleitersbekannten Verfahrensschritt ein Substrat 1 auf seiner Oberseiteund seiner Unterseite mit einer ersten dielektrischen Isolationsschicht 2 bzw.mit einer weiteren dielektrischen Isolationsschicht 4 (imfolgenden als dritte Isolationsschicht 4 bezeichnet) versehen,welche unter bestimmten Umständenauch weggelassen werden können.Das Substrat 1 ist beispielsweise ein niederohmiges Silizium-Halbleitersubstratoder dergleichen. Die erste und dritte dielektrische Isolationsschicht 2 bzw. 4 kannjeweils beispielsweise als in etwa 1-2 μm dicke Siliziumnitrid- oderSiliziumdioxid-Schicht ausgebildet werden. Anschließend wirdzur Bildung des koplanaren Leitungssystems eine Signalleitung 5 undzwei Masseleiter 6 und 7 auf der ersten dielektrischenIsolationsschicht 2 metallisiert. Die Masseleiter 6 und 7 sindjeweils an gegenüberliegendenSeiten der Signalleitung 5 vorgesehen und verlaufen inetwa parallel zur Signalleitung 5. Als besonders geeignetesMaterial fürdie Leiter 5, 6 und 7 des Koplanarleitungssystems hatsich Aluminium herausgestellt. Jedoch können auch andere Materialien,wie beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Titan, oder dergleichenverwendet werden.
    [0041] Nachfolgend,wie in 1b dargestellt ist, wird einezweite dielektrische Isolationsschicht 3 über derersten dielektrischen Isolationsschicht 2 und über denLeitern 5, 6 und 7 des Koplanarleitungssystemsderart gebildet, dass die einzelnen Leiter 5, 6 und 7 vollständig inder zweiten dielektrischen Isolationsschicht 3 eingebettetsind.
    [0042] Diezweite dielektrische Isolationsschicht 3 dient als Trägermembranund ist vorzugsweise aus dem Material SU-8 hergestellt, welchesbeispielsweise auf die Oberseite des Substrates 1 geschleudert undanschließendzur Aushärtungeiner Temperaturbehandlung unterzogen wird. SU-8 ist ein negativer Photolackbzw. negativer Photoresist, welcher ausgezeichnete Charakteristikafür Mikrowellenanwendungenaufweist. Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dasses nach einer Bildung der SU-8-Schicht 3 auf der Oberfläche desSubstrates 1 sehr schwierig ist, diese nach der Aushärtung zuentfernen. Daher sollte die SU-8-Schicht 3 bereits an geeignetenStellen füreventuell weitere Metallisierungen strukturiert und geätzt werden.Ein weiterer Vorteil des SU-8-Materials besteht darin, dass es stabil gegenanisotrope Ätzlösungen,wie beispielsweise KOH, ist. Die zweite dielektrische als Membrandienende Isolationsschicht 3 kann beispielsweise auch auseinem organischen Isolationsmaterial, beispielsweise einem organischenPolymermaterial, insbesondere Benzozyclobuten (BCB), einem SiLK-Material,einem Polyimid, oder dergleichen hergestellt werden.
    [0043] Zusätzlich kannauf der zweiten dielektrischen Isolationsschicht 4 eineSchutzschicht aufgebracht werden, welche vorzugsweise gegenüber in weiterenVerfahrensschritten zu verwendenden Mitteln, insbesondere Ätzmitteln,resistent ist und somit die SU-8-Schicht schützt.
    [0044] Wiein 1c illustriert ist, wird anschließend dieUnterseite des Substrates 1 mittels beispielsweise einesbekannten nasschemischen Ätzverfahrensunter Verwendung einer KOH-Lösungvon der Unterseite des Substrates 1 her vollständig bis zurersten dielektrischen Isolationsschicht 2 derart zurückgeätzt, dassdas Substrat 1 unterhalb des gesamten Signalleiters 5 undunterhalb der beiden Masseleiter 6 und 7 zumindest über einenbestimmten Abschnitt der Masseleiter 6 und 7 vollständig zurückgeätzt ist.
    [0045] Für diesendefinierten Ätzvorgangwird vorab die dritte dielektrische Isolationsschicht 4 entsprechendmittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise mittels einesTrocken-Ätzverfahrens,geeignet strukturiert.
    [0046] Wiein 1c ferner ersichtlich ist, entsteht durch denanisotropen Ätzvorgangein vollständigzurückgeätzter Bereich 18 desSubstrates 1, welcher aufgrund der anisotropen Eigenschafteine geneigte Umfangsflächeaufweist.
    [0047] Dasvorzugsweise verwendete SU-8-Material ist stabil gegenüber einesanisotropen Ätzmittels, wiebeispielsweise KOH. Somit kann das Silizium-Substrat 1 unterhalb des koplanarenLeitungssystems auf einfache Weise mittels eines standardmäßigen KOH-Nassätzverfahrenszurückgeätzt werden,ohne die SU-8-Membran 3 zu beschädigen. Ferner dient die erstedielektrische Isolationsschicht 2 zudem als dielektrischeSchutzschicht der Metallisierungen 5, 6 und 7 vordem KOH-Ätzmittel.
    [0048] Anschließend werdendie verbliebenen Abschnitte der dritten dielektrischen Isolationsschicht 4 aufder Unterseite des Substrats 1 und der Bereich der erstendielektrischen Isolationsschicht 2, welcher den vollständig zurückgeätzten Bereich 18 bedeckt, mittelsbeispielsweise eines Trocken-Ätzverfahrens entfernt.Dieser Schritt ist in 1d schematisch dargestellt.
    [0049] Alsnächsteswird, wie in 1e illustriert ist, ein Photolack 10,beispielsweise ein negativer Photolack 10, auf der Oberfläche deszurückgeätzten Bereiches 18 undder Unterseite des den zurückgeätzten Bereich 18 bedeckendenAbschnitt der SU-8-Schicht 3 von der Unterseite des Substrates 1 hermittels beispielsweise eines Schleuderverfahrens gebildet. Es istfür einenFachmann offensichtlich, dass anstelle eines negativen Photolacksauch ein positiver Photolack mit geeigneten Verfahrensschrittenvice versa verwendet werden kann.
    [0050] Essei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in sämtlichenFiguren eine einheitliche Orientierung des Bauelementes bzw. desSubstrates 1 derart beibehalten wird, dass sich die Leiterdes koplanaren Leitungssystems auf der Oberseite des Substrates 1 befinden.In der Praxis ist es allerdings vorteilhaft, das Substrat für die einzelnenVerfahrensschritte entsprechend günstig auszurichten, so dassmittels einer geeigneten Substrat-Trägereinrichtung ein Drehen desSubstrates fürdie unterschiedlichen Verfahrensschritte bewerkstelligt werden kann.
    [0051] Wieferner in 1e ersichtlich ist, wird die photoresistiveSchicht 10, wie bei einem Photolithographie-Verfahren üblich, bestrahltund entwickelt. Beispielsweise kann das Bauelement von der Oberseiteher mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Selbstverständlich können beigeeigneten Materialien auch Elektronen-, Röntgen- oder Ionen-Strahlungenals Belichtungsmedium verwendet werden. Durch eine derartige Belichtungwerden bei einem negativen Photolack Bindungen von Makromolekülen aufgebrochen oderkleinere Molekülepolymerisiert, wodurch sie bei einer anschließenden Behandlung als Rückstandstrukturiert zurückbleibenund nicht von dem Bauelement entfernt werden.
    [0052] Anschließend erfolgteine Entwicklung des negativen Photolacks 10 derart, dassdie belichteten Bereiche weiterhin an der Unterseite der Membran 3 unterhalbder Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Leitern 5, 6 und 7 anhaften,währenddie nicht belichteten Bereiche entfernt werden, wie in 1f illustriertist. Die nicht belichteten Abschnitte des negativen Photolacks 10 werdenbeispielsweise mittels einer KOH-Lösung entfernt.
    [0053] Ineinem anschließendenVerfahrensschritt gemäß 1g wirddie Unterseite des Substrates 1 bzw. des zurückgeätzten Bereiches 18 einerRückmetallisierungunterzogen. Dadurch entsteht die in 1g dargestellteStruktur, wobei die untere Metallisierung jeweils direkt mit denoberen Masseleitern 6 und 7 ohne einer dielektrischenZwischenschicht vorteilhaft verbunden ist. Ferner ist aus 1g ersichtlich,dass die Signalleitung 5 durch die zusätzliche Metallisierung 12 mittelseines Standard-Metallisierungsverfahren verdickt ausgebildet werdenkann, wodurch der elektrische Widerstand der Signalleitung 5 verringertwird.
    [0054] Nachfolgendwerden mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise mittelseines Trocken-Ätzverfahrens,die verbliebenen Abschnitte des negativen Photolacks 10 undder darauf abgeschiedenen Metallabschnitte 12 mittels einesgeeigneten Verfahrens, beispielsweise eines Ätzverfahrens, unter Verwendungeiner Azeton-Lösungentfernt, wodurch die in 1h dargestellteStruktur erhalten wird.
    [0055] Schließlich wirdvorzugsweise ein weiteres Substrat 13 auf die Unterseitedes prozessierten Substrates 1 derart aufgebracht, dassein vollständig abgeschlossenerHohlbereich bzw. Abschirmungsbereich 18 entsteht. Wie in
    [0056] 1i dargestelltist, wird das zusätzliche Substrat 13,welches beispielsweise ebenfalls aus dem gleichen Material wie dasSubstrat 1 hergestellt ist, auf der Oberseite mit einerMetallisierung 14 versehen, wodurch die untere Masseleitung 12 zumindestteilweise verdickt ausgebildet wird. Das weitere Substrat 13 kannbeispielsweise durch diesen zusätzlichvorgesehenen elektrischen Leiter mit dem prozessierten Substrat 1 bzw.der an der Unterseite dieses Substrates 1 vorgesehenenMasseleitung 12 verbunden werden. Alternativ kann eineVerbindung auch durch Tempern bzw. Wärmebehandlung oder durch eineMikrowellenbehandlung erfolgen.
    [0057] Aufgrundder anisotropen Zurückätzung des Substrates 1 entsteht,wie oben bereits erläutert,die schrägausgebildete Begrenzungsflächedes zurückgeätzten Bereiches 18.Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2a bis 2k einHerstellungsverfahren gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung erläutert,mit welchem die geometrischen Einschränkungen aufgrund der schräg zurückgeätzten Bereiche 18 reduziert werdenund benachbarte Koplanarleitungssysteme näher benachbart zueinander angeordnetwerden können,ohne die mechanische Stabilitätdes Bauelementes zu verringern. Es können durch das nachfolgendnäher erläuterte Verfahrenabschirmende Hohlbereiche unterhalb des koplanaren Leitungssystems miteiner höherenIntegrationsdichte geschaffen werden, ohne die Oberfläche desBauelementes mechanisch instabiler zu gestalten.
    [0058] Wiein 2a ersichtlich ist, wird beispielsweise in Analogiezum ersten Ausführungsbeispielin einem bereits fürdie Herstellung eines FGCPW (finite ground coplanar waveguide)-Koplanarleitersbekannten Verfahrensschritt ein Substrat 1 auf seiner Oberseiteund seiner Unterseite mit einer ersten dielektrischen Isolationsschicht 2 bzw.mit einer weiteren dielektrischen Isolationsschicht 4 (imfolgenden als dritte Isolationsschicht 4 bezeichnet) versehen, welcheauch weggelassen werden können.Das Substrat 1 ist beispielsweise ein niederohmiges Silizium-Halbleitersubstratoder dergleichen. Die erste und dritte dielektrische Isolationsschicht 2 bzw. 4 kannjeweils beispielsweise als in etwa 1-2 μm dicke Siliziumnitrid- oderSiliziumdioxid-Schicht ausgebildet werden. Anschließend wirdzur Bildung des koplanaren Leitungssystems eine Signalleitung 5 und zweiMasseleiter 6 und 7 auf der ersten dielektrischenIsolationsschicht 2 metallisiert. Die Masseleiter 6 und 7 sindjeweils an gegenüberliegendenSeiten der Signalleitung 5 vorgesehen und verlaufen in etwaparallel zur Signalleitung 5. Als besonders geeignetesMaterial fürdie Leiter 5, 6 und 7 des Koplanarleitungssystemshat sich Aluminium herausgestellt. Jedcch können auch andere Materialien,wie beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Titan, oder dergleichenverwendet werden.
    [0059] Nachfolgend,wie in 2b dargestellt ist, wird analogzum ersten Ausführungsbeispieleine zweite dielektrische Isolationsschicht 3 über derersten dielektrischen Isolationsschicht 2 und über den Leitern 5, 6 und 7 desKoplanarleitungssystems derart gebildet, dass die einzelnen Leiter 5, 6 und 7 vollständig inder zweiten dielektrischen Isolationsschicht 3 eingebettetsind.
    [0060] Diezweite dielektrische Isolationsschicht 3 dient, wie obenbereits erläutert,als Trägermembran undist vorzugsweise aus dem Material SU-8 hergestellt, welches beispielsweiseauf die Oberseite des Substrates 1 geschleudert und anschließend zur Aushärtung einerTemperaturbehandlung unterzogen wird. SU-8 ist ein negativer Photolackbzw. negativer Photoresist, welcher ausgezeichnete Charakteristika für Mikrowellenanwendungenaufweist. Es sei bereits an dieser Steile darauf hingewiesen, dasses nach einer Bildung der SU-8-Schicht 3 auf der Oberfläche desSubstrates 1 sehr schwierig ist, diese nach der Aushärtung zuentfernen. Daher sollte die SU-8-Schicht 3 bereits an geeignetenStellen für eventuellweitere Metallisierungen strukturiert und geätzt werden. Ein weiterer Vorteildes SU-8-Materials besteht darin, dass es stabil gegen anisotrope Ätzlösungen,wie beispielsweise KOH, ist. Die zweite dielektrische als Membrandienende Isolationsschicht 3 kann beispielsweise auch auseinem organischen Isolationsmaterial, beispielsweise einem organischenPolymermaterial, insbesondere Benzozyclobuten (BCB), einem SiLK-Material,einem Polyimid, oder dergleichen hergestellt werden.
    [0061] Zusätzlich kannauf der zweiten dielektrischen Isolationsschicht 4 eineSchutzschicht aufgebracht werden, welche vorzugsweise gegenüber in weiterenVerfahrensschritten zu verwendenden Mitteln, insbesondere Ätzmitteln,resistent ist und somit die SU-8-Schicht schützt.
    [0062] Nachfolgenderfolgt im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1a bis 1i dasZurückätzen desSubstrates unterhalb des Koplanarleitungssystems stufenförmig durch zweiaufeinanderfolgende Substrat-Ätzvorgänge derart,dass unterhalb der Leiter 5, 6 und 7 deskoplanaren Leitungssystems vorteilhaft ein stufenförmig zurückgeätzter Bereichgebildet wird. Dies wird im folgenden unter Beugnahme auf die 2c bis 2k näher erläutert.
    [0063] Zunächst wird,wie in 2c dargestellt ist, in einemersten Substrat-Ätzschrittein erster Bereich 19 des Substrates 1 derartzurückgeätzt, dasseine dünneSubstratschicht 21 von etwa 20-30 μm unterhalb des Koplanarleitungssystemsverbleibt. Dabei wird beispielsweise analog zum ersten Ausführungsbeispieldie dritte dielektrische Isolationsschicht 4 als geeigneteMaske fürdiesen Ätzvorgangverwendet.
    [0064] Anschließend wirdeine vierte dielektrische Isolationsschicht 8, wiederumbeispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid bestehend,auf der Oberflächedes ersten zurückgeätzten Bereiches 19 unterVerwendung eines gängigenAbscheideverfahrens abgeschieden. Dies ist schematisch in 2d illustriert.
    [0065] Ineinem anschließendenVerfahrensschritt gemäß 2e wirdeine erste photoresistive Schicht 9, beispielsweise einPhotolack 9, als Maske aufgebracht und entwickelt.
    [0066] Wiein 2f ersichtlich ist, wird die vorher auf die Oberfläche desersten zurückgeätzten Bereichs 19 aufgebrachtevierte dielektrische Isolationsschicht 8 (siehe 2d)bzw. die dünneSubstratschicht 21 unter Zuhilfenahme der Photomaske 9 unterhalbder Leiter 5, 6 und 7 lediglich in einemBereich 20 vollständigzurückgeätzt, welcherin etwa der Breitenausdehnung des Koplanarleitungssystems, bestehendaus den Leitern 5, 6 und 7, entspricht,wodurch die in 2f dargestellte Struktur erhalten wird.Die erste dielektrische Isolationsschicht 2 dient bei dem Ätzvorgangals Schutz der Leiter 5, 6, 7 vor der Ätzlösung, beispielsweiseeiner KOH-Lösung.
    [0067] Anschließend werdendie verbliebenen Abschnitte der dritten dielektrischen Isolationsschicht 4 aufder Unterseite des Substrats 1 und der Bereich der erstendielektrischen Isolationsschicht 2, welcher den vollständig zurückgeätzten Bereich 20 bedeckt, mittelsbeispielsweise eines Trocken-Ätzverfahrens entfernt.Dieser Schritt ist in 2g schematisch dargestellt.
    [0068] Alsnächsteswird, wie in 2h illustriert ist, ein Photolack 10,beispielsweise ein negativer Photolack 10, auf der Oberfläche derzurückgeätzten Bereiche 19 und 20 undder Unterseite des den vollständig zurückgeätzten Bereich 20 bedeckendenAbschnitt der SU-8-Schicht 3 von der Unterseite des Substrates 1 hermittels beispielsweise eines Schleuderverfahrens gebildet. Es istfür einenFachmann offensichtlich, dass anstelle eines negativen Photolacks auchein positiver Photolack mit geeigneten Verfahrensschritten viceversa verwendet werden kann.
    [0069] Essei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass wiederum in sämtlichenFiguren eine einheitliche Orientierung des Bauelementes bzw. desSubstrates 1 derart beibehalten wird, dass sich die Leiter deskoplanaren Leitungssystems auf der Oberseite des Substrates 1 befinden.In der Praxis ist es allerdings vorteilhaft, das Substrat für die einzelnenVerfahrensschritte entsprechend günstig auszurichten, so dassmittels einer geeigneten Substrat-Trägereinrichtungein Drehen des Substrates fürdie unterschiedlichen Verfahrensschritte bewerkstelligt werden kann.
    [0070] Wieferner in 2h ersichtlich ist, wird die photoresistiveSchicht 10, wie bei einem Photolithographie-Verfahren üblich, bestrahltbzw. als Maske entwickelt. Beispielsweise kann das Bauelement von derOberseite her mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Selbstverständlich können beigeeigneten Materialien auch Elektronen-, Röntgen- oder Ionen-Strahlungenals Belichtungsmedium verwendet werden. Durch eine derartige Belichtungwerden bei einem negativen Photolack Bindungen von Makromolekülen aufgebrochenoder kleinere Molekülepolymerisiert, wodurch sie bei einer anschließenden Behandlung als Rückstandstrukturiert zurückbleiben undnicht von dem Bauelement entfernt werden.
    [0071] Anschließend erfolgtgemäß 2i eineEntwicklung des negativen Photolacks 10 derart, dass diebelichteten Bereiche weiterhin an der Unterseite der Membran 3 unterhalbder Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Leitern 5, 6 und 7 anhaften, während dienicht belichteten Bereiche entfernt werden. Die nicht belichtetenAbschnitte des negativen Photolacks 10 werden beispielsweisemittels einer KOH-Lösungentfernt.
    [0072] Ineinem anschließendenVerfahrensschritt gemäß 2j wirddie Unterseite des Substrates 1 bzw. der zurückgeätzten Bereiche 19 und 20 einer Rückmetallisierungunterzogen. Dadurch entsteht die in 2j dargestellteStruktur, wobei die untere Metallisierung jeweils direkt mit denoberen Masseleitern 6 und 7 ohne einer dielektrischenZwischenschicht vorteilhaft verbunden ist. Ferner ist aus 2j ersichtlich,dass die Signalleitung 5 durch die zusätzliche Metallisierung 12 mittelseines Standard-Metallisierungsverfahren verdickt ausgebildet werdenkann, wodurch der elektrische Widerstand der Signalleitung 5 verringertwird.
    [0073] Nachfolgendwerden mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise mittelseiner Azeton-Lösung,die verbliebenen Abschnitte des negativen Photolacks 10 undder darauf abgeschiedenen Metallabschnitte 12 geeignetentfernt, wie in 2k ersichtlich ist.
    [0074] Schließlich wirdvorzugsweise ein weiteres Substrat 13 auf die Unterseitedes prozessierten Substrates 1 derart aufgebracht, dassein vollständig abgeschlossenerHohlbereich bzw. Abschirmungsbereich 19, 20 entsteht.Wie in 2k dargestellt ist, wird daszusätzlicheSubstrat 13, welches beispielsweise ebenfalls aus dem gleichenMaterial wie das Substrat 1 hergestellt ist, auf der Oberseitemit einer Metallisierung 14 versehen, wodurch die untereMasseleitung 12 zumindest teilweise verdickt ausgebildet wird.Das weitere Substrat 13 kann beispielsweise durch diesenzusätzlichvorgesehenen elektrischen Leiter mit dem prozessierten Substrat 1 bzw.der an der Unterseite dieses Substrates 1 vorgesehenen Masseleitung 12 verbundenwerden. Alternativ kann eine Verbindung auch durch Tempern bzw.eine Wärmebehandlungoder durch eine Mikrowellenbehandlung bewerkstelligt werden.
    [0075] Somitmüssendie einzelnen Koplanarleitungen nicht getrennt voneinander hergestelltund anschließendmittels beispielsweise einer "Flip-Chip-Technologie" miteinander verbundenwerden, sondern könnenin einem einheitlichen und somit kostengünstigeren Verfahren gemeinsamauf einem Substrat hergestellt werden.
    [0076] 3a illustrierteine graphische Darstellung der Stromdichteverteilung einer standardgemäßen Koplanarleitung,bestehend aus einem Signalleiter 5 und zwei parallel dazuangeordneten Masseleitern 6 und 7. Wie aus 3a ersichtlichist, weist der Signalleiter 5 an den den jeweiligen Masseleitern 6 und 7 zugewandtenBereichen und die Masseleiter 6 und 7 an dem demSignalleiter 5 zugewandten Bereich jeweils die höchste StromdichteJ auf.
    [0077] DiesemUmstand wird erfindungsgemäß dadurchRechnung getragen, dass die Bereiche mit der höchsten Stromdichte J der Leiter 5, 6 und 7 desKoplanarleitungssystems mit einer zusätzlichen Metallisierung 15 versehenwerden, wie in 3b dargestellt ist. Durch dieseVerdickung wird die Leitfähigkeitin diesen Bereichen erhöhtund der erhöhten StromdichteJ entsprochen.
    [0078] Wieeingangs bereits erläutert,sollte vorzugsweise am Anfang des Herstellungsprozesses beim Erzeugender zweiten dielektrischen Schicht bzw. der Membran 3 diesemit entsprechenden Strukturierungen für eine derartige zusätzlicheVerdickungsmetallisierung 15 ausgebildet werden, da eine nachträgliche Bearbeitungder ausgehärtetenMembran 3 schwer zu bewerkstelligen ist.
    [0079] DerartigeVerdickungen könnenselbstverständlichsowohl bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem ersten als auch gemäß dem zweitenAusführungsbeispielverwendet werden.
    [0080] 4 illustrierteine Querschnittsansicht eines Bauelementes gemäß einem vierten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. Das Bauelement besteht beispielsweiseaus zwei benachbart zueinander angeordneten Koplanarleitungen, welche durchgemeinsame Verfahrensschritte gemäß dem zweiten Ausführungsbeispielgleichzeitig auf dem Substrat 1 hergestellt werden.
    [0081] Vorzugsweiseist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispieldas zweite Substrat 13 im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispielmit einer derartigen Geometrie ausgebildet, dass es in etwa formschlüssig inden ersten zurückgeätzten Bereich 19 eingesetztwerden kann. Dadurch wird eine äußerst kompakteBauform realisiert, in welcher nach wie vor Luftbereiche 20 unterhalbdes jeweiligen Koplanarleitungssystems vorgesehen sind.
    [0082] Vorzugsweisewird die Oberflächedes zweiten Substrats 13 ebenfalls mit einer Metallisierung 14 versehen,welche mit der unteren Metallisierung 12 des prozessiertenSubstrats 1 zumindest teilweise fest verbunden wird. Dadurcherhältman zusätzlich einegemeinsam elektrische Verbindung sämtlicher Masseleiter, so dasslediglich ein gemeinsamer Masseanschluss vorgesehen werden muss.
    [0083] Wiein 4 ersichtlich ist, sind die beiden benachbartenKoplanarleitungssysteme durch eine dünne Substratschicht 21 voneinandergetrennt, wodurch ein mechanisch stabiler Aufbau erreicht wird. Fernerwird durch das formschlüssigeEinsetzen des weiteren Substrates 13 in den ersten zurückgeätzten Bereich 19 diedünne Substratschicht 21 zwischen denbeiden benachbarten Koplanarleitungssystemen zusätzlich abgestützt, sodass insgesamt die mechanische Stabilität des Bauelementes erheblichverbessert wird.
    [0084] 5 illustrierteine Querschnittsansicht eines Bauelementes gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung. Wie in 5 ersichtlich ist, wird zusätzlich eineAbdeckmetallisierung 16 über dem Koplanarleitungssystemgebildet, wobei die Randbereiche der Abdeckmetallisierung 16 jeweilsmit den äußeren Bereichender beiden Masseleiter 6 und 7 verbunden sind.Somit entsteht ein abgeschlossenes System für einen Schutz der Signalleitungvor äußeren Störeinflüssen und Verunreinigungen.Ferner ist somit die Abdeckmetallisierung 16 für eine gemeinsamelektrische Verbindung sämtlicherMasseleiter angeordnet, so dass lediglich ein gemeinsamer Masseanschlussvorgesehen werden muss.
    [0085] In 6 istein sechstes Ausführungsbeispieleines Bauelementes in einer Querschnittsansicht dargestellt, wobeiwiederum zwei mit einer Abdeckmetallisierung 16 vorgeseheneKoplanarleitungssysteme benachbart zueinander auf einem gemeinsamenSubstrat angeordnet sind.
    [0086] Essei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die charakteristischenMerkmale der Bauteile der einzelnen Ausführungsbeispiele beliebig miteinanderkombiniert werden können,so dass ein dem jeweiligen Anwendungsfall spezifisch entwickeltes Bauelementgeschaffen wird.
    [0087] Obwohldie vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispielevorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondernauf vielfältigeWeise modifizierbar.
    [0088] Beispielsweisekönnenandere Materialien fürdie einzelnen Leiter des Koplanarleitungssystems, für das Substratund fürdie einzelnen dielektrischen Isolationsschichten verwendet werden.Ferner könnenandersartige gängigeVerfahren zur Strukturierung, Rückätzung desSubstrates, Entfernung rückständiger Beschichtungen,etc eingesetzt werden. Selbstverständlich können beliebig viele koplanareLeitungen entsprechend der zur Verfügung stehenden Substratfläche vorgesehenwerden.
    [0089] Somitschafft die vorliegende Erfindung ein Bauelement und ein Herstellungsverfahrenfür ein derartigesBauelement zur Übertragungvon elektromagnetischen Wellen, welches im Vergleich zu bekanntenHerstellungsverfahren mit einem geringeren Aufwand ausführbar ist,da das bekannte Drei-Schicht-Verfahren aus SiO2 Si3N4-SiO2 durch eineeinzige dielektrische Membran ersetzt werden kann, welche zusätzlich eineAbdeckung fürdie einzelnen Leiter bildet. Gemäß der vorliegendenErfindung sind fürdie Herstellung der Membranen keine Masken für Photolithographie-Prozessenotwendig. Somit ist das vorliegende Herstellungsverfahren einfacher,schneller und kostengünstiger.
    [0090] Zudemkann auf einfache Weise durch das vorliegende Herstellungsverfahrenein Bauelement geschaffen werden, bei welchem sämtliche Masseleiter derartdirekt miteinander verbunden sind, dass lediglich eine einzige Anschlussstellefür eineErdung notwendig ist. Ferner wird die Signalleitung auf einfacheWeise dicker ausgebildet, so dass der Widerstand der Signalleitungverringert wird.
    [0091] DasHerstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung eignet sich zurHerstellung von mehreren Koplanarleitungssystemen auf einem gemeinsamen Substratund in integrierten Schaltungen, insbesondere im Hochfrequenzbereich,da das Substrat trotz Schaffung von Entkopplungs-Luftbereichen unterhalbder Koplanarleitungen eine stabile Struktur aufweist. Diese Strukturliefert den Vorteil, dass der Signalleiter 5 vollständig frei über demHohlbereich bzw. dem zurückgeätzten Bereich 18 durchEinbettung in die SU-8-Membran 3 hängt, sodass eine vollständigeEntkopplung von dem Substrat gewährleistetwird. Die Masseleiter werden größtenteilsebenfalls durch Einbettung in die Membran über den zurückgeätzten Bereichen getragen undsomit von benachbarten Bauteilen weitestgehend entkoppelt.
    1 Substrat 2 erstedielektrische Isolationsschicht 3 zweitedielektrische Isolationsschicht (SU-8-Membran) 4 drittedielektrische Isolationsschicht 5 Signalleiter 6 ersterMasseleiter 7 zweiterMasseleiter 8 viertedielektrisch Isolationsschicht 9 erstephotoresistive Schicht 10 zweitephotoresistive Schicht 12 Massemetallisierung 13 weiteresSubstrat 14 Metallisierungdes weiteren Substrats 15 Verdickungsmetallisierung 16 Abdeckmetallisierung 18 zurückgeätzter Bereich 19 ersterzurückgeätzter Bereich 20 zweiterzurückgeätzter Bereich 21 dünne Substratschicht
    权利要求:
    Claims (38)
    [1] Verfahren zur Herstellung eines Koplanarleitungssystems(5, 6, 7) auf einem Substrat (1)zur Übertragungvon elektromagnetischen Wellen mit folgenden Verfahrensschritten: – Bildeneines Koplanarleitungssystems, bestehend aus vorzugsweise einemSignalleiter (5) und zwei Masseleitern (6, 7),auf einem vorbestimmten Bereich des Substrates (1); – Bildeneiner dielektrischen Isolationsschicht (3) über den einzelnen Leitern (5, 6, 7)des Koplanarleitungssystems; – vollständiges Zurückätzen eines Bereiches (18; 19, 20)des Substrates (1) unterhalb des Koplanarleitungssystems(5, 6, 7) derart, dass der Signalleiter (5)des Koplanarleitungssystems vollständig und jeder Masseleiter(6; 7) zumindest teilweise durch Einbettung indie dielektrische Isolationsschicht (3) frei hängend über demvollständigzurückgeätzten Bereich(18; 19, 20) des Substrats (1)getragen werden; und – strukturiertesMetallisieren der Oberflächedes zurückgeätzten Bereiches(18; 19, 20) des Substrates (1)und der sich überdem vollständigzurückgeätzten Bereich(18; 20) befindlichen Abschnitte der einzelnenLeiter (5, 6, 7) des Koplanarleitungssystemszum Bilden eines verdickten Signalleiters (5) und zumindestteilweise verdickter Masseleiter (6, 7).
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass eine zusätzlicheSchicht (2), insbesondere eine erste dielektrische Isolationsschicht(2), auf der Oberseite des Substrates (1) vordem Bilden der Leiter (5, 6, 7) gebildetwird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass durch die strukturierte Metallisierung untere Masseleiter (12)gebildet werden, welche jeweils mit einem sich über dem vollständig zurückgeätzten Bereich(18; 20) des Substrates (1) befindlichenAbschnitt eines entsprechenden Masseleiters (6, 7)des Koplanarleitungssystems verbunden werden.
    [4] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Substrat (13)mit geeigneter Geometrie zum Bilden eines Hohlbereiches (18; 19, 20) aufder Unterseite des Substrates (1) aufgebracht wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,dass das weitere Substrat (13) mit einer Metallisierung(14) an der Oberflächeausgebildet wird, welche zumindest teilweise mit den unteren Masseleitern(12) verbunden wird.
    [6] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das vollständige Zurückätzen eines Bereiches (18; 19, 20)des Substrates (1) unterhalb des Koplanarleitungssystems(5, 6, 7) mittels eines einzigen anisotropenSubstrat-Ätzschrittesausgeführtwird.
    [7] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass das vollständige Zurückätzen eines Bereiches (18; 19, 20) desSubstrates (1) unterhalb des Koplanarleitungssystems (5, 6, 7)durch zwei aufeinanderfolgende Substrat-Ätzschritte ausgeführt wird,wobei in einem ers ten Ätzschrittein Bereich (19) des Substrates (1) unterhalbdes Koplanarleitungssystems (5, 6, 7)teilweise zum Bilden einer dünnenSubstratschicht unterhalb der Leiter (5, 6, 7)zurückgeätzt undin einem anschließendenzweiten Ätzschrittzum Bilden einer Stufenstruktur des zurückgeätzten Bereiches (19, 20)des Substrates (1) ein Abschnitt (20) der dünnen Substratschicht(21) unterhalb der Leiter (5, 6, 7)vollständigzurückgeätzt wird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Ätzschrittals nasschemisches Ätzverfahrenausgeführtwird.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Ätzschritt einAbscheiden einer weiteren Isolationsschicht (8) auf derUnterseite des Substrates (1) und der Oberfläche desteilweise zurückgeätzten Abschnitts(19) und ein Strukturieren der weiteren Isolationsschicht (8)mittels Entwickeln eines beispielsweise aufgedampften Photolacks(9) zum strukturierten anisotropen vollständigen Zurückätzen einesAbschnitts (20) der dünnenSubstratschicht (21) beinhaltet.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Photolack (9) anschließend entfernt wird.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die verbliebene weitere Isolationsschicht (8) mittelsbeispielsweise eines Trockenätzverfahrensvor dem Aufbringen des Photolacks (9) zum strukturiertenMetallisieren weggeätzt wird.
    [12] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch den zusätzlichenSchritt des Entfernens der ersten Isolationsschicht (2)im Abschnitt des zurückgeätzten Bereiches(18; 19) des Substrates (1) mittels beispielsweiseeines Trockenätzverfahrensvor dem Aufbringen des Photolacks (9) zum strukturiertenMetallisieren.
    [13] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis12, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Substrat (13)mit einer derartigen Geometrie ausgebildet wird, dass es zumindestteilweise in den teilweise zurückgeätzten Bereich(19) formschlüssig eingesetztwerden kann.
    [14] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass vor der strukturierten Metallisierungeine photoresistive Schicht (10) auf der Oberfläche deszurückgeätzten Bereiches(19) des Substrates (1) gebildet und entsprechendbeleuchtet bzw. entwickelt wird.
    [15] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Signalleiter an den den Masseleitern(6, 7) zugewandten Bereichen für eine Verdickung zusätzlich metallisiertwird.
    [16] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Masseleiter (6, 7)jeweils an dem dem Signalleiter (5) zugewandeten Bereichfür eineVerdickung zusätzlichmetallisiert werden.
    [17] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckmetallisierung (16) über demKoplanarleitungssystem (5, 6, 7) ausgebildetwird, welche deckelförmigvon einem Masseleiter (6; 7) zu dem gegenüberliegendenMasseleiter (7; 6) verläuft und diese elektrisch miteinanderverbindet.
    [18] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Koplanarleitungssysteme nebeneinanderauf dem Substrat (1) vorgesehen werden, wobei das Substrat(1) zum Bilden der jeweils vollständig zurückgeätzten Bereiche (18; 19, 20)unterhalb der jeweiligen Koplanarleitungssysteme (5, 6, 7)einen gemeinsamen Substrat-Ätzschrittbzw. gemeinsamen Substrat-Ätzschrittenunterzogen wird.
    [19] Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass die jeweils zugewandten Masseleiter benachbarter Koplanarleitungssystemeelektrisch miteinander überden durch das strukturierte Metallisieren gebildeten unteren Masseleiter(12) verbunden werden.
    [20] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) als Silizium-Halbleitersubstrat ausgebildetwird.
    [21] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrischen Isolationsschichten(2, 4, 8) mit Ausnahme der zweiten Isolationsschicht(3) jeweils aus einem anorganischen Isolationsmaterial, beispielsweiseeinem Siliziumoxid, wie insbesondere Siliziumdioxid, Silizium mitLuftbereichen, Siliziumnitrid, oder dergleichen hergestellt werden.
    [22] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite dielektrische Isolationsschicht(3) als Membran, bestehend aus einem organischen Isolationsmaterial,beispielsweise einem organischen Polymer-Material, wie insbesondereBenzozyclobuten (BCB), SU-8, SiLK, einem Polyimid, oder dergleichen hergestelltwird.
    [23] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (5, 6, 7)des Koplanarleitungssystems aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold,Titan, oder dergleichen ausgebildet werden.
    [24] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Leiter (5, 6, 7)des Koplanarleitungssystems als für den Hochfrequenzbereich geeignetekoplanare Wellenleiter ausgebildet werden.
    [25] Bauelement zur Übertragungvon elektromagnetischen Wellen mit: – einem Substrat (1),welches einen von der Unterseite her vollständig zurückgeätzten Bereich (18; 19, 20)aufweist; – einerdielektrischen Isolationsschicht (3), welche oberhalb desSubstrats (1) vorgesehen ist und den vollständig zurückgeätzten Bereich(18; 20) überdeckt; – mindestenseinem Koplanarleitungssystem, welches insbesondere aus einem Signalleiter(5) und zwei Masseleitern (6, 7) besteht,wobei der Signalleiter (5) vollständig und die zwei Masseleiter(6, 7) zumindest teilweise durch Einbettung inder dielektrischen Isolationsschicht (3) über demvollständigzurückgeätzten Bereich(18; 20) des Substrates (1) für eine Entkopplungvon demselben frei hängen;und mit – einervon der Unterseite des Substrates (1) aufgebrachten Metallisierung(12) auf der Oberflächedes zurückgeätzten Bereiches(18; 19, 20) des Substrates (1)und auf den sich überden vollständigzurückgeätzten Bereichen(18; 20) befindlichen Abschnitte der einzelnenLeiter (5, 6, 7) des Koplanarleitungssystemszum Bilden eines verdickten Signalleiters (5) und zumindestteilweise verdickter Masseleiter (6, 7).
    [26] Bauelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,dass ein weiteres Substrat (13) mit geeigneter Geometriezum Bilden eines Hohlbereiches (18; 19, 20)auf der Unterseite des Substrates (1) anbringbar ist.
    [27] Bauelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,dass das weitere Substrat (13) mit einer Metallisierungan der Oberflächeausgebildet ist, welche zumindest teilweise mit den unteren Masseleitern(12) verbindbar ist.
    [28] Bauelement nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet,dass das weitere Substrat (13) mit einer derartigen Geometrieausgebildet ist, dass es zumindest teilweise in den zurückgeätzten Bereichen(18; 19, 20) formschlüssig einsetzbar ist.
    [29] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis28, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalleiter (5) anden den Masseleitern (6, 7) zugewandten Bereichenfür eineVerdickung mit einer zusätzlichenMetallisierung (15) ausgebildet ist.
    [30] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis29, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseleiter (6, 7)jeweils an dem dem Signalleiter (5) zugewandten Bereichfür eineVerdickung mit einer zusätzlichenMetallisierung (15) ausgebildet sind.
    [31] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckmetallisierung (16) über demKoplanarleitungssystem (5, 6, 7) ausgebildetist, welche deckelförmigvon einem Masseleiter (6; 7) zu dem gegenüberliegendenMasseleiter (7; 6) verläuft und den Signalleiter (5)vollständigabdeckt.
    [32] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis31, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Koplanarleitungssystemenebeneinander auf dem Substrat (1) vorgesehen sind, wobeidas Substrat (1) zum Bilden der jeweils vollständig zurückgeätzten Bereiche(18; 19, 20) unterhalb des jeweiligenKoplanarleitungssystems einem gemeinsamen Substrat-Ätzschrittbzw. gemeinsamen Substrat-Ätzschrittenunterzogen wird.
    [33] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis32, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zugewandten Masseleiter(6, 7) benachbarter Koplanarleitungssysteme elektrischmiteinander über dendurch das strukturierte Metallisieren gebildeten unteren Masseleiter(12) verbindbar sind.
    [34] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis33, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) als Silizium-Halbleitersubstratausgebildet ist.
    [35] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis34, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrischen Isolationsschichten(2, 4, 8) mit Ausnahme der zweiten Isolationsschicht(3) jeweils aus einem anorganischen Isolationsmaterial,beispielsweise ein Siliziumoxid, wie insbesondere Siliziumdioxid,Siliziumnitrid, Silizium mit Lufteinschlüssen, oder dergleichen hergestelltsind.
    [36] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis35, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite dielektrische Isolationsschicht(3) als Membran, bestehend aus einem organischen Isolationsmaterial,beispielsweise einem organischen Polymer-Material, wie insbesondereBenzozyclobuten (BCB), SU-8, SiLK, einem Polyimid, oder dergleichen hergestelltist.
    [37] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis36, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (5, 6, 7)eines Koplanarleitungssystems aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold,Titan, oder dergleichen ausgebildet sind.
    [38] Bauelement nach wenigstens einem der Ansprüche 25 bis37, dadurch gekennzeichnet, dass das Koplanarleitungssystem alsfür denHochfrequenzbereich geeigneter Koplanarleiter ausgebildet ist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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