Titel

Volumenakustische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine volumenakustische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung.

Stand der Technik

In der Hochfrequenztechnik finden volumenakustische (englisch: bulk acoustic wave, BAW) Bauelemente Anwendung als Resonatoren in Filtern und Oszillatoren. Die Arbeitsfrequenz der Bauelemente wird in erster Linie durch die Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht und durch die Schallgeschwindigkeit im piezoelektrischen Material bestimmt. Um höhere Arbeitsfrequenzen zu erreichen, muss die Schichtdicke verringert werden. Die Toleranzen werden dadurch immer wichtiger.

Mit geringerer Schichtdicke des piezoelektrischen Materials erhöht sich die Kapazität des BAW-Bauelements. Damit die Wellenimpedanz beibehalten werden kann, muss daher gleichzeitig die Bauelementfläche verringert werden. Am Rand des Bauelements geht jedoch akustischen Energie verloren. Bei einer Verkleinerung des Bauelements wachsen die Randverluste quadratisch mit der Arbeitsfrequenz an. Die Technik von herkömmlichen BAW-Bauelementen (BAW) stößt daher bei ca. 10 GHz an ihre Grenzen.

Aus den Schriften US 2018/085787 Al und US2013/193808 Al ist ein BAW- Bauelement bekannt, bei dem die Kapazität durch Stapeln zweier verschiedener Piezomaterialien mit gegensinniger Polarität auch bei höheren Betriebsfrequenzen niedrig gehalten werden kann, sodass sich die Randverluste verringern und höhere Arbeitsfrequenzen im Millimeterwellenbereich realisierbar werden.

Offenbarung der Erfindung Die Erfindung stellt eine volumenakustische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine volumenakustische Vorrichtung, mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, und einem zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordneten piezoelektrischen Element, wobei das piezoelektrische Element derart ausgebildet ist, dass ein in die erste Elektrode eingespeistes erstes elektromagnetisches Signal in ein akustisches Signal in dem piezoelektrischen Element umgewandelt wird, wobei das akustische Signal in ein zweites elektromagnetisches Signal in der zweiten Elektrode rückgewandelt wird. Die volumenakustische Vorrichtung umfasst weiter eine dielektrische Schicht, welche die erste Elektrode, die zweite Elektrode und das piezoelektrische Element umgibt und eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist. In der dielektrischen Schicht ist mindestens ein Trenngraben ausgebildet, welcher das piezoelektrische Element zumindest teilweise umgibt.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung. Dabei wird ein Substrat bereitgestellt. Weiter werden eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnetes piezoelektrisches Element auf dem Substrat angeordnet, wobei das piezoelektrische Element derart ausgebildet wird, dass ein in die erste Elektrode eingespeistes erstes elektromagnetisches Signal in ein akustisches Signal in dem piezoelektrischen Element umgewandelt wird, wobei das akustische Signal in ein zweites elektromagnetisches Signal in der zweiten Elektrode rückgewandelt wird. Weiter wird eine dielektrische Schicht ausgebildet, welche die erste Elektrode, die zweite Elektrode und das piezoelektrische Element umgibt und eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist. Weiter wird mindestens ein Trenngraben in der dielektrischen Schicht ausgebildet, welcher das piezoelektrische Element zumindest teilweise umgibt.

Vorteile der Erfindung Die volumenakustische Vorrichtung umfasst ein als Element eines Resonatorkems dienendes piezoelektrisches Element. Der Resonatorkem ist dabei von einem Dielektrikum umgeben. Um störende Parasitärkapazitäten durch einen Überlapp von Zuleitungen und Elektroden zu begrenzen, weist die Vorrichtung eine im Wesentlichen planarisierte Oberfläche auf. Ohne Trenngräben entstünden dabei an der Peripherie Ableitverluste von akustischer Energie über das Dielektrikum, was unerwünschte, höhere Einfügungsverluste nach sich ziehen würde. Außerdem könnte der Chip durch Stresseinkopplung von außen verbogen werden oder sich über Temperatur selbst verbiegen, wodurch mittelbar über das Dielektrikum Stress in den Resonatorkem eingekoppelt werden würde. Dies könnte zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz des Resonators bzw. der Durchlassbandkanten des Filterbauelements führen (Temperaturdrift) .

Erfindungsgemäß wird daher mindestens ein Trenngraben in das den Resonatorkem umgebende Dielektrikum eingebracht, welcher dann gleichzeitig als akustischer Isolationsgraben und Stressentkopplungsgraben dient. Auf diese Weise lässt sich zum einen die Stresseinkopplung auf den Resonatorkem verringern. Zum anderen ist die akustische Energie um den Resonatorkem hemm eingesperrt und kann nicht verlorengehen, da akustische Wellen wegen des hohen akustischen Impedanzunterschiedes an der Oberfläche Dielektrikum-Luft bzw. Dielektrikum-Vakuum den Trenngraben nicht passieren können. Zum dritten lassen sich, ähnlich wie durch die laterale Formgebung des Resonatorkems, unerwünschte Lateralmoden (englisch: spurious modes) durch Form und Position des mindestens einen Isolationsgrabens besser unterdrücken. Die erfindungsgemäße volumenakustische Vorrichtung minimiert somit die akustischen Energieverluste und thermischen Drifteffekte unter Beibehaltung der Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen. Weiter entstehen geringere Einfügungsverluste und ein geringeres akustisches Nebensprechen (cross talk) zwischen benachbarten volumenakustischen Vorrichtungen auf einem (Filter-)Chip.

Gemäß einer Ausfühmngsform der volumenakustischen Vorrichtung sind die Trenngräben als wandförmige und/oder als säulenkolonnenförmige Ausnehmungen im Dielektrikum ausgeführt, wobei wenigstens die Ebene des piezoelektrischen Resonatorkems umfasst ist. Gemäß einer Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung umgibt der mindestens eine Trenngraben das piezoelektrische Element vollständig.

Gemäß einer Ausfuhrungsform umfasst die volumenakustische Vorrichtung mindestens eine Zuleitung zu der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode, wobei die mindestens eine Zuleitung den mindestens einen Trenngraben unterquert bzw. überquert.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der volumenakustischen Vorrichtung wird der mindestens eine Trenngraben von einer Membran überspannt, wobei in der Membran eine Zuleitung zu der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode ausgebildet ist. Der Trenngraben kann dadurch den Resonatorkem auch vollständig umlaufen.

Gemäß einer Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung ist unter der zweiten Elektrode eine Kavität ausgebildet, wobei die Kavität mit dem Trenngraben fluidisch verbunden ist. Der Trenngraben kann dadurch einen Druckausgleich zwischen Kavität und Umgebung ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung ist der mindestens eine Trenngraben zumindest abschnittsweise mit einer Passivierungsschicht versehen. Die Passivierungsschicht schützt vor Aufnahme von Feuchtigkeit und kann eine vorzeitige chemische Alterung verhindern. Vorteilhafterweise besitzt die Passivierungsschicht eine Schichtdicke, die einem Viertel der akustischen Wellenlänge der zentralen Durchlassfrequenz des Resonatorkems im Passiviermaterial entspricht.

Gemäß einer Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung kann eine Vielzahl der als Resonatoren dienenden volumenakustischen Vorrichtungen geeignet in Schaltungen zu sogenannten Leiter- und/oder Gitterkonfigurationen zusammengeschaltet werden. Dadurch lassen sich Filterbauelemente realisieren, die für definierte Frequenzbereiche durchlässig sind, und beispielsweise in der Mobilkommunikation für jedes Frequenzband ausgelegt werden können. Mittels dieser Filter können Signalinterferenzen zwischen Sende- und Empfangskanälen sowohl in den Kommunikationsmodulen der mobilen Endgeräte als auch in den Basisstationen vermieden werden. Höhere Frequenzen erfordern geringere Schichtdicken, was beispielsweise zu höheren Anforderungen hinsichtlich der Schichtdickengenauigkeit fuhrt. Herkömmlich müssten die Lateraldimensionen der Resonatoren mit abnehmender Schichtdicke gleichzeitig herunterskaliert werden, um den durch Verringerung der Schichtdicke bedingten Kapazitätsanstieg zu kompensieren und den Zielimpedanzwert von beispielsweise 50Q beibehalten zu können. Die Verkleinerung hätte jedoch höhere akustische Energieverluste zur Folge, weil damit das Verhältnis von Peripherie zur Fläche der Resonatoren zunimmt.

Gemäß einer Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung umfasst das piezoelektrische Element daher mindestens zwei piezoelektrische Schichten mit gleichgerichteter Polarität und mindestens eine zwischen den mindestens zwei piezoelektrischen Schichten befindliche Zwischenschicht. Akustische Schichtdicken der piezoelektrischen Schichten und der Zwischenschicht entsprechen jeweils einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) einer halben akustischen Wellenlänge eines zu transmittierenden akustischen Signals. Es wird somit die Kapazität durch Einfugen mindestens einer zusätzlichen Zwischenschicht und einer weiteren piezoelektrischen Schicht verringert. Das Einfugen der zusätzlichen piezoelektrischen Schicht und der mindestens eine Zwischenschicht entspricht einem Hintereinanderschalten zusätzlicher Serienkapazitäten, welche nun einzeln jeweils größere Werte annehmen dürfen, da sich bei Hintereinanderschaltungen die Kehrwerte der Einzelkapazitäten zur reziproken Gesamtkapazität addieren. Auf diese Weise können die Resonatoren lateral größer dimensioniert werden als dies ohne Zwischenschichten der Fall wäre. Es treten infolgedessen geringere Randverluste auf und die Resonatoren können für höhere Frequenzen ausgelegt und eingesetzt werden.

Um die Resonanz nicht zu zerstören, wird die akustische Gesamtschichtdicke der Zwischenschicht der akustischen Zielwellenlänge in der Zwischenschicht angepasst. Die akustische Gesamtschichtdicke des piezoelektrischen Elements entspricht somit einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) der halben akustischen Wellenlänge.

Die mindestens eine weitere an der zweiten Elektrode befindliche piezoelektrische Schicht dient der effizienten Rückwandlung der akustischen in eine elektromagnetische Welle an der zweiten Elektrode. Die volumenakustische Vorrichtung ermöglicht die Erschließung höherer Frequenzbereiche mit einem hinsichtlich thermischer Drift verbesserten Verhalten. An der ersten Elektrode der volumenelektrischen Vorrichtung kann ein (eintreffendes) Hochfrequenzsignal eingespeist werden. Bei dem Hochfrequenzsignal handelt es sich um eine erste elektromagnetische Welle, welche an der ersten Elektrode von dem piezoelektrischen Element in eine akustische Welle und an der gegenüber liegenden zweiten Elektrode zurück in eine zweite elektromagnetische Welle rückgewandelt wird. Bei gegebener elektromagnetischer bzw. akustischer Frequenz ergibt sich die akustische Wellenlänge X _a über die Schallgeschwindigkeit c _s des jeweiligen Schichtmaterials gemäß folgender Formel:

X _a = Cs/f.

Insofern die akustischen Schichtdicken d _p der piezoelektrischen Schichten und des Zwischenschichtstapels dabei einem Vielfachen (Ix, 3x, ...) einer halben akustische Wellenlänge der umgewandelten elektromagnetischen Welle (d. h. es akustischen Signals) entsprechen, d. h.: d _p = (n+!Z>)* X _a für n = {0, 1, . . . }, wird das einlaufende Signal transmittiert und sonst reflektiert. Die volumenakustische Vorrichtung kann somit als volumenakustischer Resonator dienen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die volumenakustische Vorrichtung eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten, wobei sich zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden piezoelektrischen Schichten jeweils eine Zwischenschicht befindet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung ist die Zwischenschicht durch eine Einzelschicht gebildet. Die akustische Schichtdicke der Einzelschicht entspricht dabei einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) der halben akustischen Wellenlänge des zu transmittierenden akustischen Signals, d.h. der Zielwellenlänge.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung besteht die mindestens eine Zwischenschicht aus einer Vielzahl von Teilschichten, wobei die Summe von akustischen Schichtdicken der Teilschichten einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) der halben akustischen Wellenlänge des zu transmittierenden akustischen Signals entspricht. Beispielsweise umfasst die Zwischenschicht zwei Teilschichten mit Wellenlängen: 4 + U4 = X _a /2 oder:

Xa/4 + 5M4 = 3 a/2 oder:

3 a/4 + 3 _a /4 = 3M2.

Hier gibt der erste Summand jeweils die akustische Schichtdicke der ersten Teilschicht und der zweite Summand die akustische Schichtdicke der zweiten Teilschicht an. Das Prinzip kann jedoch in analoger Weise auf mehr als zwei Teilschichten übertragen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung entsprechen die akustischen Schichtdicken der piezoelektrischen Schichten und der Zwischenschicht jeweils der halben akustischen Wellenlänge des zu transmittierenden akustischen Signals. Mit anderen Worten beträgt erfmdungsgemäß die akustische Gesamtschichtdicke des piezoelektrischen Elements dann 3A _a /2. Dadurch tritt eine fundamentale Resonanz (d.h. n = 0, niedrigste Ordnung) in der Zwischenschicht und in den piezoelektrischen Schichten auf. Dies ist vorteilhaft, da in diesem Fall die höchsten Qualitätsfaktoren auftreten, die Filterkanten besonders steil und die Einfügungsverluste besonders klein werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung umfasst ein Material der Zwischenschicht Dielektrika, wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid oder DLC (diamondlike carbon). Bevorzugte Materialien weisen intrinsisch geringe dielektrische und/oder akustische Dämpfung und einen angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung ist die mindestens eine Zwischenschicht mehrlagig aufgebaut, beispielsweise aus akustischen Bragg -Reflektorschichten mit ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) von X _a /4- Schichtdicken. Geeignete Materialpaare für Reflektorschichten zeichnen sich durch Unterschiede in der Schallgeschwindigkeit der Materialien und geringe Materialdämpfung aus. Mögliche Materialien sind, z. B. Ti, Ta oder Cu für niedrige Schallgeschwindigkeiten bzw. Al, Ni, W oder Mo für hohe Schallgeschwindigkeiten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung sind Kombinationen aus dielektrischen und halbleitenden und/oder metallischen Schichten als Zwischenschicht oder als Zwischenschichten vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung können die zuvor beschriebenen verschiedenen Zwischenschichten miteinander in beliebiger Kombination auftreten. Zum Beispiel kann das piezoelektrische Element mehr als zwei piezoelektrische Schichten und mehr als eine Zwischenschicht aufweisen. In diesem Fall kann wenigstens eine der Zwischenschichten aus einer einzelnen Schicht mit einer ungeradzahligen X _a /2-Schichtdicke und wenigstens eine weitere Zwischenschicht aus mehrlagigen akustischen Bragg -Reflektorschichten mit ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) von X _a /4-Schichtdicken gebildet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung umfasst ein Material der piezoelektrischen Schicht AIN oder ScAlN. Dies ist vorteilhaft aufgrund der hohen Schallgeschwindigkeit, die eine vergleichsweise große Schichtdicke erlaubt. Weitere mögliche Materialien sind ZnCE, LiNbCh oder LiTaCh.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung sind die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode als akustischer Bragg-Reflektor - wie zuvor bereits für die Zwischenschicht beschrieben - ausgebildet. Dabei kann eine Bragg- Reflektorschicht zwischen Substrat und das piezoelektrische Element eingefügt werden, wodurch ein Verlust von akustischer Energie ins Substrat vermieden werden kann, um Einfügungsverluste (englisch: insertion loss) klein zu halten. Es handelt sich dabei um eine SMR (solidly mounted resonator)-Architektur. Die SMR-Architektur ist wegen der guten Wärmeankopplung ans Substrat vorteilhaft einsetzbar in Anwendungen, bei denen hohe Leistungen verarbeitet werden müssen, z. B. in Basisstationen und im Sendepfad eines Mobilfunkgeräts.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der volumenakustischen Vorrichtung wird die erste und/oder zweite Elektrode (und somit das piezoelektrische Element) unterätzt. Es handelt sich dabei um eine FBAR (fdm bulk acoustic resonator)-Architektur. In diesem Fall wird die akustische Welle an der Oberfläche Elektrode-Luft reflektiert, weshalb die FBAR-Architektur geringe Einfügungsverluste aufweist, was für größere Bandbreiten und für den Empfangspfad im Mobilfiinkgerät günstig ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die volumenakustische Vorrichtung als hochpräziser Timing-Oszillator, in Filterbauelementen für Frequenzen im GHz-Bereich (insbesondere auch >10GHz) oder als gravimetrischer Resonanz-Sensor einsetzbar. Die volumenakustische Vorrichtung kann insbesondere für Hochfrequenz-Systeme, etwa im Mobilfiinkbereich (20GHz-100GHz) oder Radarbereich, eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer volumenakustischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf einen Chip mit in Figur 1 gezeigten volumenakustischen Vorrichtungen;

Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer volumenakustischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 eine schematische Draufsicht auf einen Chip mit in Figur 3 gezeigten volumenakustischen Vorrichtungen; Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht einer volumenakustischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 6 eine schematische Draufsicht auf einen Chip mit in Figur 5 gezeigten volumenakustischen Vorrichtungen; und

Figur 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer volumenakustischen Vorrichtung 100. Die volumenakustische Vorrichtung 100 umfasst ein Substrat 4, auf welchem ein zweiter akustischer Bragg-Reflektor 2a angeordnet ist. Dieser umfasst eine Vielzahl von Teilschichten 21 bis 26 mit abwechselnd hoher und niedriger Schallgeschwindigkeit bzw. akustischer Impedanz. Weiter ist ein erster akustischer Bragg-Reflektor la vorgesehen, welcher ähnlich aufgebaut sein kann.

Der erste Bragg-Reflektor la besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und dient als erste Elektrode und der zweite Bragg-Reflektor 2a besteht ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Material und dient als zweite Elektrode.

Zwischen dem zweiten Bragg-Reflektor 2a und dem ersten Bragg-Reflektor la ist ein piezoelektrisches Element 3 angeordnet. Ein über eine erste Zuleitung 6 in den zweiten Bragg-Reflektor la eingespeistes erstes elektromagnetisches Signal wird im Betrieb in ein akustisches Signal in dem piezoelektrischen Element 3 umgewandelt. Das akustische Signal wird wiederum in ein zweites elektromagnetisches Signal in dem ersten Bragg- Reflektor 2a rückgewandelt, welches über eine Durchkontaktierung 9 und eine zweite Zuleitung 5 ausgegeben wird, sofern eine akustische Resonanzbedingung erfüllt wird.

Das piezoelektrische Element 3 umfasst zwei im Wesentlichen identische piezoelektrische Schichten 31, 33 mit gleichgerichteter Polarität und eine zwischen den zwei piezoelektrischen Schichten 31, 33 befindliche Zwischenschicht 32. Akustische Schichtdicken der piezoelektrischen Schichten 31, 33 und der Zwischenschicht 32 entsprechen jeweils einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) einer halben akustischen Wellenlänge eines zu transmittierenden akustischen Signals, d.h. einer vorgegebenen akustischen Wellenlänge (entsprechend einer vorgegebenen Durchlassfrequenz der volumenakustischen Vorrichtung). Bevorzugt passen als fundamentale erste Resonanz des piezoelektrischen Elements 3 jeweils eine halbe akustische Wellenlänge der gewünschten Durchlassfrequenz in die piezoelektrischen Schichten 31, 33 und in die Zwischenschicht 32 (vgl. angedeutete Welle).

Die Durchkontaktierung 9 und der Resonatorkem bestehend aus dem ersten Bragg- Reflektor la, dem zweiten Bragg -Reflektor 2a und dem piezoelektrischen Element 3 sind von einer dielektrischen Schicht 7 umgeben, welche eine im Wesentlichen planare Oberfläche hat. Auf den Zuleitungen 5, 6 und der dielektrischen Schicht 7 befindet sich eine Passivierschicht 8. In der dielektrischen Schicht 7 ist ein Trenngraben 11a ausgebildet, dessen Oberfläche ebenfalls von der Passivierschicht abgedeckt wird.

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Chip mit zwei der in Figur 1 gezeigten volumenakustischen Vorrichtungen 100. Die Figur 1 entspricht einer Schnittansicht entlang der Ebene A-A. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, umgibt der Trenngraben 1 la das piezoelektrische Element 3 lateral teilweise, d.h. in diesem Fall von drei Seiten her.

Der Trenngraben 11a verhindert ein Nebensprechen zu benachbarten volumenakustischen Vorrichtungen 100. Der piezoelektrische Resonatorkem bildet zusammen mit der ihn unmittelbar umgebenden dielektrischen Schicht 7 eine Halbinsel bzw. Halbmesa, die vom Trenngraben 1 la begrenzt wird

Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren volumenakustischen Vorrichtung 200 und Figur 4 eine entsprechende Draufsicht. Im Unterschied zur in den Figuren 1 und 2 gezeigten volumenakustischen Vorrichtung 100 umgibt der Trenngraben 11b in dieser Ausführungsform das piezoelektrische Element 3 lateral vollständig, d.h. von allen vier Seiten her. Der piezoelektrische Resonatorkem bildet somit zusammen mit der ihn unmittelbar umgebenden dielektrischen Schicht 7 eine Insel bzw. Mesa, die vom Trenngraben 11b begrenzt wird.

Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren volumenakustischen Vorrichtung 300 und Figur 6 eine entsprechende Draufsicht. Im Unterschied zur in den Figuren 3 und 4 gezeigten volumenakustischen Vorrichtung 200 sind hier Elektroden 1b, 2b vorgesehen, welche nicht als akustische Bragg-Reflektoren ausgestaltet sind. Die zweite Elektrode 2b ist dabei unterätzt, es ist somit eine Kavität 10 ausgebildet worden, welche mit dem Trenngraben 11b in Verbindung stehen kann. Die Dicke der Elektroden 1b, 2b passt zur Wellenlänge der Durchlassfrequenz. Eine Membran 12 überbrückt den Trenngraben 11b. Eine Zuleitung kann ebenfalls überquerend ausgebildet sein, die vermittels der Membran 12 zumindest im Bereich der oberen Zuleitung den Trenngraben 11b überquert.

Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer volumenakustischen Vorrichtung. Insbesondere kann eine der in den Figuren 1 bis 6 gezeigten volumenakustischen Vorrichtungen 100 bis 300 hergestellt werden.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Substrat 4 bereitgestellt, etwa aus Silizium.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 werden eine erste Elektrode la, 1b, eine zweite Elektrode 2a, 2b und ein zwischen der ersten Elektrode la, 1b und der zweiten Elektrode 2a, 2b angeordnetes piezoelektrisches Element 3 auf dem Substrat 4 ausgebildet. Hierzu kann zunächst die zweite Elektrode 2a auf dem Substrat 4 ausgebildet werden.

Anschließend wird das piezoelektrische Element 3 auf der zweiten Elektrode 2a ausgebildet. Schließlich wird die erste Elektrode la auf dem piezoelektrischen Element 3 ausgebildet. Die erste und/oder zweite Elektrode la, 1b, 2a, 2b können als Bragg - Reflektorschicht ausgebildet sein.

In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird eine dielektrische Schicht 7 ausgebildet, welche die erste Elektrode la, 1b, die zweite Elektrode 2a, 2b und das piezoelektrische Element 3 umgibt. Die dielektrische Schicht 7 wird planarisiert, sodass sie eine im Wesentlichen planare Oberfläche aufweist. In einem weiteren Verfahrensschritt S4 werden Kontaktlöcher bis zur zweiten Elektrode 2a, 2b geöffnet.

In einem Verfahrensschritt S5 werden die Kontaktlöcher verfällt und die Oberfläche wird planarisiert. Optional wird eine Verdrahtungsschicht aufgebracht.

In einem Verfahrensschritt S6 wird mindestens ein akustischer Trenngraben 1 la, 11b geätzt.

In einem Verfahrensschritt S7 wird eine Passivierungsschicht 6 ausgebildet.

Das piezoelektrische Element 3 wird derart ausgebildet, dass ein in die erste Elektrode la eingespeistes erstes elektromagnetisches Signal in ein akustisches Signal in dem piezoelektrischen Element 3 umgewandelt wird, wobei das akustische Signal in ein zweites elektromagnetisches Signal in der zweiten Elektrode 2a rückgewandelt wird. Das piezoelektrische Element 3 umfasst bevorzugt mindestens zwei piezoelektrische Schichten 31, 33 mit gleichgerichteter Polarität und mindestens eine zwischen den mindestens zwei piezoelektrischen Schichten 31, 33 befindliche Zwischenschicht 32. Akustische Schichtdicken der piezoelektrischen Schichten 31, 33 und der Zwischenschicht 32 entsprechen jeweils einem ungeradzahligen Vielfachen (Ix, 3x, ...) einer halben akustischen Wellenlänge eines zu transmittierenden akustischen Signals.