KR101646999B1 - 수직으로 집적된 전자장치를 갖는 환경에 노출된 부분을 구비한 기밀하게 밀봉된 mems 디바이스 - Google Patents

수직으로 집적된 전자장치를 갖는 환경에 노출된 부분을 구비한 기밀하게 밀봉된 mems 디바이스 Download PDF

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Abstract

집적 전자장치를 갖는 MEMS 디바이스를 제공하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. MEMS 디바이스는 집적 회로 기판 및 집적 회로 기판에 연결된 MEMS 서브어셈블리를 포함한다. 집적 회로 기판은 적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함한다. MEMS 서브어셈블리는 리소그래피 공정에 의해 형성된 적어도 하나의 이격부, 상면과 하면을 구비하는 가요성 평판, 및 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극을 포함한다. 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기한다.

Description

수직으로 집적된 전자장치를 갖는 환경에 노출된 부분을 구비한 기밀하게 밀봉된 MEMS 디바이스{HERMETICALLY SEALED MEMS DEVICE WITH A PORTION EXPOSED TO THE ENVIRONMENT WITH VERTICALLY INTEGRATED ELECTRONICS}
관련 출원에 대한 교차-참조
본 출원은 2011년 6월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 “HERMETICALLY SEALED MEMS DEVICE WITH A PORTION EXPOSED TO THE ENVIRONMENT AND WITH VERTICALLY INTEGRATED ELECTRONICS”인 미국 가출원 제61/502,616호의 이익을 주장하는데, 위 가출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 출원은 2011년 6월 29일 출원되고, 관리번호가 IVS-154PR (5027PR)이며, 발명의 명칭이 “DEVICES AND PROCESSES FOR CMOS-MEMS INTEGRATED SENSORS WITH PORTION EXPOSED TO ENVIRONMENT”인 미국 가출원 제61/502,603 호, 및 관리번호가 IVS-154 (5027P)이고 발명의 명칭이 “PROCESS FOR A SEALED MEMS DEVICE WITH A PORTION EXPOSED TO THE ENVIRONMENT”인 미국 특허 출원과 관련된 것으로서, 위 가출원 및 특허 출원은 본 출원과 동시에 제출되고 본 발명의 양수인에게 양도되며, 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 미세전자기계시스템 (MEMS) 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 압력을 감지하는 MEMS 디바이스에 관한 것이다.
MEMS 디바이스는 관성력, 정전기력, 자기력 또는 차압과 같은 힘에 반응해서 이동하는 이동가능한 마이크로구조체를 포함한다. 압력과 같은 힘의 검출을 개선하는 비용효과적인 해결책에 대한 강한 요구가 존재한다. 본 발명은 이러한 요구를 다룬다.
미국특허공보 제7,838,322호 미국특허공보 제6,788,840호
본 발명은 수직으로 집적된 전자장치를 갖는 환경에 노출된 부분을 구비한 기밀하게 밀봉된 MEMS 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
집적 전자장치를 갖는 MEMS 디바이스를 제공하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 제1 태양에서, MEMS 디바이스는 집적 회로 기판 및 상기 집적 회로 기판에 연결된 MEMS 서브어셈블리를 포함한다. 상기 집적 회로 기판은 적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함한다. 상기 MEMS 서브어셈블리는 리소그래피 공정에 의해 형성된 적어도 하나의 이격부, 상면과 하면을 구비하는 가요성 평판, 및 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극을 포함한다. 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기한다.
제2 태양에서, 상기 방법은 집적 회로 기판을 제공하는 단계 및 MEMS 서브어셈블리를 상기 집적 회로 기판에 연결하는 단계를 포함한다. 상기 집적 회로 기판은 적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함한다. 상기 MEMS 서브어셈블리는 리소그래피 공정에 의해 형성된 적어도 하나의 이격부, 상면과 하면을 구비하는 가요성 평판, 및 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극을 포함한다. 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기한다.
첨부 도면은 본 발명의 몇 가지 실시예를 예시하며, 설명과 함께, 발명의 원리를 설명하는데 기여한다. 도면에 예시된 구체적인 실시예는 단지 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 2은 제2 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 3은 제3 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 4는 제4 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 5는 제5 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 6은 제6 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 7은 제7 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 8은 제8 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 9는 제9 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 예시한다.
도 10은 가요성 평판 편향의 변이를 주변 온도의 함수로서 표시하는 그래프를 예시한다.
도 11은 제10 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 12는 제10 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 예시한다.
도 13은 일 실시예에서 밀봉 캐비티 내에 유전체를 갖는 MEMS 디바이스의 단면도를 예시한다.
도 14는 핸들 기판으로부터 분리된 가요성 평판을 갖는 MEMS 디바이스의 단면도의 일 실시예를 예시한다.
본 발명은 미세전자기계시스템 (MEMS) 디바이스에 관한 것이며, 더 구체적으로, 압력을 감지하는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. 다음 설명은 당업자가 발명품을 만들어 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제시되며, 특허 출원 및 그 요건의 맥락에서 제공된다. 설명된 실시예에 대한 다양한 수정예 및 본 명세서에 설명된 일반적인 원리 및 특징이 당업자에게는 쉽게 분명해질 것이다. 따라서, 본 발명은 보여진 실시예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 설명된 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위를 따르도록 의도된다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법은 집적된 전자장치를 갖는 압력 감지 및 압력 인가 MEMS 디바이스를 제공한다. 적어도 하나의 고정 전극을 포함하는 집적 회로 기판을 리소그래피 방식을 이용해서 형성된 이격부 및 연결된 MEMS 전극을 갖는 가요성 평판을 포함하는 MEMS 서브어셈블리에 접합함으로써, 밀봉 캐비티가 기준 압력을 가지고 형성된다. 이로써, 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 가요성 평판의 편향을 일으키고, 차례로, MEMS 전극과 적어도 하나의 고정 전극 사이의 밀봉 캐비티에 의해 형성된 간격 크기에서의 변화를 야기한다.
MEMS 디바이스의 가요성 평판은, 가요성 평판의 부분 상에서 작용하는 다양한 외부 힘으로 인해 변형되고 편향되는데, 가요성 평판의 부분은 외부에 배치되며 주변의 인근 환경에 영향을 받는다. 이러한 외부 힘은 기준 압력과 주변의 인근 환경의 압력 사이의 압력 차이, 가요성 평판 상에서 작용하는 전단력, 및 마이크로-흐름 및 가속 작용을 통해 가요성 평판 상에서 작용하는 그 밖의 힘을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
추가로, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 압력 센서, 자체-테스트 압력 센서, 가속기, 힘 센서, 전단 센서, 유체 센서, 및 마이크로-스피커를 포함하나 이에 제한되지 않는 MEMS 디바이스, 센서, 및 액츄에이터의 부류를 설명하는데, 이들은 집적 회로에 기밀하게 밀봉되고, 용량성 감지 및 정전 구동을 사용하며, 디바이스가 주변 환경과 상호작용하도록 기밀하게 밀봉 캐비티와 주변 환경 사이에 가요성 평판을 구비한다.
MEMS 디바이스의 성능을 향상시키는 특징은 MEMS 전극과 집적 회로 기판의 고정 전극 사이의 간격의 변이를 검출 및 제거하기 위한 전극 구성, 압력 센서 오프셋 온도 의존 상쇄 기법, 압력 센서 자체-테스트 및 자체-교정 기법, 및 바람직하지 않은 환경 인자를 제거하는 압력 센서 입자 필터를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 특징을 더 상세히 설명하기 위해, 첨부 도면과 함께 다음 설명을 이제 참조하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)의 단면도를 예시한다. MEMS 디바이스(100)는 집적 회로 기판(114), 집적 회로 기판(114)에 연결된 전자 회로(116), 및 집적 회로 기판(114)에 연결된 고정 전극(118)을 포함한다. 일 실시예에서, 집적 회로 기판(114)은 CMOS 회로를 포함한다. MEMS 디바이스(100)는 또한 MEMS 서브어셈블리를 포함하는데, 이 MEMS 서브어셈블리는 MEMS 전극(104), MEMS 전극(104)에 연결된 가요성 평판(126), 및 MEMS 전극(104)에 연결된 적어도 하나의 이격부(110)를 포함한다. 가요성 평판(126)은 상면(106) 및 하면(108)을 포함한다. MEMS 서브어셈블리는 밀봉 캐비티(120)를 형성하는 접합부(112)를 통해 집적 회로 기판(114)에 접합된다.
도 1에서, 밀봉 캐비티(120) 경계는 집적 회로 기판(114), 적어도 하나의 이격부(110), 및 가요성 평판(126)의 하면(108)의 부분에 의해 정의된다. 일 실시예에서, 밀봉 캐비티(120)는 기준 압력(Pref)을 갖는 가스를 함유한다. 가요성 평판(126)의 상면(106)은 주변 압력(Pamb)을 갖는 지구 대기압을 포함하나 이에 제한되지 않는 주변 환경에 노출된다.
MEMS 전극(104)과 고정 전극(118) 사이의 간격은 적어도 하나의 이격부(110) 높이에 의해 결정된다. MEMS 전극(104)과 고정 전극(118)의 결합에 의해 커패시터가 형성된다. 힘(102)(압력 변화를 포함하나 이에 제한되지 않음)으로 인한 가요성 평판(126)의 변형이 MEMS 전극(104)과 고정 전극(118) 사이의 간격의 변화를 야기한다. 이러한 간격의 변화는 다시, 용량성 측정 공정에 의해 측정되는 커패시터 내의 커패시턴스 변화를 야기한다. 일 실시예에서, 용량성 측정 공정은 내장된 전자 회로(116)를 갖는 집적 회로 기판(114)에 커패시터를 연결하고 이후 힘(102)으로부터 기인하는 평판의 변형 양을 나타내도록 커패시턴스를 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 가요성 평판(126)은 단결정 실리콘 디바이스와 같은 디바이스층 상에 형성되며, 1㎛ 내지 100㎛를 포함하나 이에 제한되지 않는 두께 범위를 갖는 도핑된 실리콘(Si)으로부터 만들어진다. 본 실시예에서, 도핑된 Si는 가요성 평판(126)이 또한 MEMS 전극(104)으로서 역할을 하게 할 수 있다. 가요성 평판(126)은 자신의 하면(108) 상에 리소그래피 방식을 이용해서 형성된 적어도 하나의 이격부(110)를 구비한다. 본 실시예에서, 고정 전극(118)은 CMOS 집적 회로 기판(114)의 상부 금속층으로부터 형성된다. 가요성 평판(126)이 다양한 힘에 반응하도록 만들어질 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
적어도 하나의 이격부(110)는 접합부(112)에 의해 집적 회로 기판(114)에 접합되는데, 이 접합부(112)는 집적 회로 기판(114)와 MEMS 전극(104) 사이에 배선을 생성하도록 전도성이다. 접합부(112)가 알루미늄-게르마늄 공정 접합을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 다른 도전성 접합부일 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
도 2은 제2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100')의 단면도를 예시한다. 도 2의 MEMS 디바이스(100')는 도 1의 MEMS 디바이스(100)와 비슷하나, 산화물(124)을 통해 가요성 평판(126)에 연결된 핸들 기판(122)을 또한 포함해서, 가요성 평판(126)의 상면(106)이 주변 환경에 노출되게 하는 개구부를 형성한다. 일 실시예에서, 마이크로-유체 채널이 핸들 기판(122)에 의해 생성된 개구부에 의해 형성된다. 가요성 평판(126)은 마이크로-유체 채널의 바닥을 형성한다. 가요성 평판(126) 상에서 흐르는 유체에 의해 가해진 점성력 및 그 밖의 힘이 가요성 평판(126)의 변형을 야기하는데, 이 변형은 차례로, 위에서 언급된 용량성 측정 공정에 의해 측정된다.
도 3은 제3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)의 단면도를 예시한다. 도 3의 MEMS 디바이스(200)는 도 2의 MEMS 디바이스(100')와 비슷하나, 적어도 하나의 이격부(210)를 MEMS 전극(204)에 연결하는 가요성 배선(214) 및 가요성 평판(206)을 MEMS 전극(204)에 연결하는 기둥(208)을 또한 포함한다. 일 실시예에서, 전극(204)은 개구부(202)와 밀봉 캐비티(222) 사이의 압력 차이에 반응해서 이동할 수 있다. 다른 실시예에서, 전극(204)은 전극(204) 상에서 작용하는 관성력에 반응해서 이동할 수 있다. 또한, 도 3에서, 전자 회로(216)는 압력 감지 또는 가속 감지에 활용되는 네 개의 커패시터(C1(a), C3(a), C2, 및 C4)를 생성하도록 네 개의 전극에 연결된다.
도 4는 제4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)의 단면도를 예시한다. MEMS 디바이스(400)는 집적 회로 기판(114'), 집적 회로 기판(114')에 연결된 전자 회로(116'), 및 집적 회로 기판(114')에 연결된 제1고정 전극(118')과 제2 고정 전극(426)을 포함한다. MEMS 디바이스(400)는 또한 MEMS서브 어셈블리를 포함하는데, 이 서브어셈블리는 MEMS 전극(104'), MEMS 전극(104')에 연결된 가요성 평판(126'), 및 MEMS 전극(104')에 연결된 적어도 하나의 이격부(110')을 포함한다. 일 실시예에서, 가요성 평판(126')은 상면(106') 및 하면(108')을 포함한다. MEMS 서브어셈블리는 밀봉 캐비티(120')를 형성하는 접합부(112')를 통해 집적 회로 기판(114')에 접합된다.
도 4의 MEMS 디바이스(400)는 도 1의 MEMS 디바이스(100)와 비슷하나 차동 감지를 가능하게 하도록 구성되었다. 제1 고정 전극(118')은 가요성 평판(126')의 이동부 아래에 배치된다. 이동부와 제1 고정 전극(118') 사이의 간격은 적어도 하나의 이격부(110')의 높이에 의해 명목상 정의되나, 밀봉 캐비티(120')와 주변의 인근 환경 사이의 압력으로 인해 변한다. 제2 고정 전극(426)은 적어도 하나의 이격부(110')에 실질적으로 더 가까이 위치되는 가요성 평판(126')의 기준부 아래에 배치된다. 제2 고정 전극(426)과 가요성 평판(126')의 기준부 사이의 간격 또한 적어도 하나의 이격부(110')의 높이에 의해 명목상 정의되나, 이동부에 비해 외부 압력에 덜 민감하다.
도 4에서, 제1 고정 전극(118')과 가요성 평판(126')의 이동부가 제1 커패시터(C1, 422)를 형성하고, 제2 고정 전극(426)과 가요성 평판(126')의 기준부가 제2 커패시터(C2, 424)를 형성한다. 압력 변화를 포함하나 이에 제한되지 않는 힘(102')에 반응해서 전자 회로(116')는 제1 커패시터(422)와 제2 커패시터(424) 사이의 차이를 측정한다. 일 실시예에서, 전자 회로(116')는 적어도 하나의 이격부(110')의 높이의 제조 변화에 둔감하다. 본 실시예에서, 도 4의 하부에 도시된 전자 회로(116')는 스위치드-커패시터 기법을 사용해서 설계되며 두 개의 커패시터(422 및 424) 사이의 차이를 감지하는 반-브리지 배치(450)이다.
도 5는 제5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)의 단면도를 예시한다. MEMS 디바이스(500)는 CMOS 집적 회로 기판(502), CMOS 집적 회로 기판(502)에 연결된 가요성 평판(504), CMOS 기판(502)에 연결된 제2 MEMS 디바이스(506), 및 가요성 기판(504) 위에 위치된 압력 포트(510)를 포함한다. 핸들 기판(508)의 부분이 개방되어 압력 포트(510)를 형성해서 가요성 평판(504)를 환경에 노출한다. 제2 MEMS 디바이스(506)가 디바이스층 내에 형성되어 압력 포트(510)와 수평으로 집적된다. 제2 MEMS 디바이스(506)는 핸들 기판(508) 및 가요성 평판(504)에 의해 덮인다. 핸들 기판(508)은 와이어 접합을 통해 또는 실리콘관통전극(TSV) 또는 그 밖의 유사한 기법을 통해 접지 전위에 연결될 수 있다. 제2 MEMS 디바이스(506)가 자이로스코프 가속기를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 디바이스일 수 있다는 것을 당업자는 즉시 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
일 실시예에서, 밀봉 캐비티(512)는 가요성 평판(504), 이격부(520 및 522) 및 CMOS 기판(502)에 의해 형성되어 일정 압력으로 밀봉될 수 있다. 제2 MEMS 디바이스(506)을 둘러싸는 제2 밀봉 캐비티가 밀봉 캐비티(512)와 상이한 압력으로 별도로 밀봉될 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 캐비티(512)와 제2 밀봉 캐비티는 이격부의 부분을 개방함으로써 동일한 압력으로 밀봉될 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 캐비티(512)는 이격부(520 및 522)에 의해 접합된다. 다른 실시예에서, 이격부(520)의 부분이 개방되어(도 5에 미도시됨) 밀봉 캐비티가 이격부(522 및 524)에 의해 접합된다. 다른 실시예에서, 이격부(520 및 524)의 부분이 개방되어 제2 밀봉 캐비티를 포함하도록 밀봉 캐비티(512)를 연장한다.
도 5의 MEMS 디바이스(500)는 도 4의 MEMS 디바이스(400)와 비슷하나, CMOS 집적 회로 기판(502) 내에 형성된 두 개의 추가적인 커패시터(C2 및 C4)를 또한 포함한다. 일 실시예에서, 두 개의 추가적인 커패시터는(C2 및 C4) CMOS 공정에서 사용된 두 개의 금속층에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 커패시터(C2)는 커패시터(C1(P)) 바로 아래 놓이고, 커패시터(C4)는 커패시터(C3(P)) 바로 아래 배치된다. 본 실시예에서, 네 개의 커패시터(C1(P), C2, C3(P), 및 C4) 모두는 특정한 값(Pamb)에서 동일하도록 설계된다. 네 개의 커패시터가 다양한 상이한 구성으로 배치될 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
CMOS 집적 회로 기판(502) 내에 내장되고 도 5의 하부에 도시된 전자 회로는 용량성 브리지 회로(550)를 형성하도록 이 네 개의 커패시터(C1(P), C2, C3(P), 및 C4 )를 전기적으로 연결하도록 설계된다. 구동 전위가 AS1-ACT 및 AS2-Me5로 라벨링된 용량성 브리지 회로(550)의 단자에 인가된다. 브리지 출력 단자는 Me6-PM2 및 Me6-PM1로 라벨링된다. 용량성 브리지 회로(550)는 다음 방정식: C1(P) - C2 - C3(P) + C4에 따라 커패시턴스 차이에 비례하는 신호를 출력한다. 그 결과, 용량성 브리지 회로(550)의 출력이 가요성 평판(504) 양단의 압력 차이로 인해 변한다. 다른 실시예에서, 전자 회로는 스위치드-커패시터 회로로서 설계 및 구현된다.
도 6은 제6 실시예에 따른 MEMS 디바이스(600)의 단면도를 예시한다. MEMS 디바이스(600)는 제1 가요성 평판(604) 및 제2 가요성 평판(606)에 연결된 집적 회로 기판(602), 제1 가요성 평판(604)에 연결된 제1 MEMS 전극(618), 제2 가요성 평판(606)에 연결된 제2 MEMS 전극(620), 산화층(608) 및 적어도 하나의 이격부(616)를 통해 제1 가요성 평판 (604) 및 제2 가요성 평판(606) 둘 다에 연결된 제2 핸들 기판(610), 핸들 기판 내의 개구부에 의해 형성되고 제1 가요성 평판(604) 위에 위치된 제1 압력 포트(612), 및 제2 가요성 평판(606) 위에 위치된 제2 압력 포트(614)를 포함한다.
집적 회로 기판(602) 내에 내장되고 도 6의 하부에 도시된 전자 회로는 나란히 배치된 두 개의 동일한 반-브리지 배치(650)로서 스위치드-커패시터 기법을 사용해서 설계된다. 그 결과, 이 전자 회로에서, 네 개의 커패시터(C1(P), C2, C3(P), 및 C4) 모두는 전 브리지 회로로 구성된다.
도 7은 제7 실시예에 따른 MEMS 디바이스(700)의 단면도를 예시한다. 도 7의 MEMS 디바이스(700)는 도 5의 MEMS 디바이스(500)와 비슷하나, MEMS 디바이스(700)의 환경 보호를 향상시키도록 핸들 기판 내에 형성된 입자 필터(710)를 포함한다. 입자 필터(710)는 제거된 바람직하지 않은 환경 인자가 MEMS 디바이스(700)의 동작 및 기능을 방해하는 것을 돕는다. 일 실시예에서, 입자 필터(710)는 대략 2㎛×2㎛를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 단면을 갖는 길고 좁은 채널을 식각함으로써 형성된다.
도 8은 제8 실시예에 따른 MEMS 디바이스(800)의 단면도를 예시한다. 도 8은 MEMS 디바이스(800)의 소자 구성을 설명하는 전자 회로도(850)를 포함한다. MEMS 디바이스(800)는 CMOS 기판(802), 밀봉 캐비티를 형성하는 적어도 하나의 이격부(802)를 통해 CMOS 기판(802)에 연결된 가요성 평판(804), 산화층(812)을 통해 가요성 평판(804)에 연결된 핸들 기판(808), 및 가요성 평판(804) 위에 위치된 핸들 기판(808) 내에 형성된 입자 필터(810)를 포함한다.
일 실시예에서, 입자 필터(810)는 정지 전극으로서 사용된다. 도 8에서, 입자 필터(810)는 두 개의 커패시터(C1(P) 및 C2(P))를 형성하는 CMOS 기판(802)의 구동 노드에 연결되는데, 두 개의 커패시터(C1(P) 및 C2(P)) 는 가요성 평판(804)의 상면 위에 배치된 제2 고정 전극으로서 입자 필터(810)를 사용해서 압력 차이 변이에 반응한다. 두 개의 가변 커패시터(C1(P) 및 C2(P))는 정확히 반대 방식으로 압력 차이 변이에 반응한다. 그 결과, 커패시터 중 하나가 자신의 값을 증가시키면, 나머지 커패시터가 자신의 값을 감소시키는데, 이는 증가된(두배의) 민감도를 포함하는 완전한 차압 감지를 제공한다.
일 실시예에서, 입자 필터(810)의 채널이 접착제 또는 표면 장력에 의해 제 자리에 유지되는 부드러운 보호겔 또는 오일로 부분적으로 채워진다. 부드러운 보호겔 또는 오일은 입자 및 습기에 대해 불침투성 장벽으로서 작용하는 한편 임의의 상당한 주의 없이 압력차 변이를 여전히 투과시킨다. 입자 필터(810)의 채널이 다양한 레벨로 그리고 다양한 물질에 의해 부분적으로 채워질 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
도 9는 제9 실시예에 따른 MEMS 디바이스(900)의 동작을 예시한다. MEMS 디바이스(900)는 집적 회로 기판(914), 집적 회로 기판(914)에 연결된 전자 회로(916), 및 집적 회로 기판(914)에 연결된 고정 전극(918)을 포함한다. MEMS 디바이스(900)는 또한 MEMS 서브어셈블리를 포함하는데, 이 서브어셈블리는 MEMS 전극(904), MEMS 전극(904)에 연결된 가요성 평판(926), 및 MEMS 전극(904)에 연결된 적어도 하나의 이격부(910)를 포함한다. 가요성 평판(926)은 상면(906) 및 하면(908)을 포함한다. MEMS 서브어셈블리는 밀봉 캐비티(920)를 형성하는 접합부(912)를 통해 집적 회로 기판(914)에 접합된다.
가요성 평판(926)은 기준 압력(Pref) 보다 큰 주변 환경 압력(Pamb) 또는 Pamb > Pref으로 인해 변형된다. 이러한 두 개의 압력은 가요성 기판(926)에 의해 분리된다. 일부 실시예에서, 가요성 평판(926)은 얇다. 가요성 평판(926)의 두께가 다양한 정도일 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
가요성 평판(926) 상에 배치된 밀봉 캐비티(920)는 0.1 내지 100 밀리바(mbar) 또는 10.1 파스칼 (Pa) 내지 10.1 kPa를 포함하나 이에 제한되지 않는 기준 압력(Pref)으로 공장 제조 동안에 밀봉된다. 가요성 평판(926)의 타측은 주변 환경 압력(Pamb)에 노출된다. 일 실시예에서, 주변 환경 압력(Pamb)은 해수면에서 대략 1 atm 또는 101 kPa인 기압이다. 주변 환경 압력(Pamb)이 방법론적 조건의 결과로서 그리고 고도의 함수로서 변한다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이러한 변화는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
가요성 평판(926)은 압력차(Pamb - Pref)로 인해 변형되고, 가요성 평판(926)의 최대 편향 지점은 다음 방정식에 의해 설명되는데, 여기서 keff는 가요성 평판(926)의 유효 강도이다.
Figure 112014008324679-pct00001
(1)
일 실시예에서, 고정 에지, 두께(h), 및 옆 길이(b)를 갖는 정사각형 멤브레인의 유효 강도는 다음 방정식에 의해 설명되는데, 여기서 E는 영률이다.
Figure 112014008324679-pct00002
(2)
가요성 평판(926) 편향은 또한 가요성 평판(926)의 구조 물질 강도의 온도 변이로 인해 그리고 기준 압력의 온도 변이로 인해 변한다. 일 실시예에서, 밀봉 캐비티(920)에서 진공이고, 따라서 기준 압력(Pref)은 0이다. 본 실시예에서, 가요성 평판(926)의 편향은 가요성 평판(926)의 구조 물질 강도의 온도 변이에 의해서만 영향을 받는다. 대부분의 물질이 온도 상승과 함께 더 부드러워지고 따라서 가요성 평판(926)의 편향이 온도와 함께 증가할 것이라는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
다른 실시예에서, 가요성 평판(926)은 매우 부드러운 물질로부터 만들어지고, 본질적으로 피스톤으로서 이동하며, 밀봉 캐비티(920)는 기준 압력(Pref)으로 가스를 함유한 채 밀봉된다. 본 실시예에서, 온도가 상승할 때, 가요성 평판(926) 상의 가스에 의해 가해진 압력 역시 상승하는데, 이는 가요성 평판(926)을 집적 회로 기판(914)로부터 멀리 민다. 이는 가요성 평판(926)의 편향 감소를 야기한다.
다른 실시예에서, 밀봉 캐비티(920)는 특정한 압력으로 가스를 함유한 채 밀봉되는데, 이는 가요성 평판(926)의 편향이 두 가지 효과의 상쇄로 인해 온도 변이에 둔해지게 한다. 가요성 평판(926)의 편향의 온도 변이의 제1 효과는 다음 방정식에 의해 설명된다.
Figure 112014008324679-pct00003
(3)
이상 기체 법칙에 따르면, 밀봉 캐비티(920) 내의 압력의 제2 효과는 절대 온도에 비례하며 다음 방정식에 의해 설명된다.
Figure 112014008324679-pct00004
(4)
특정한 기준 압력에서, 이 두 가지 효과는 서로를 상쇄시켜, 온도 독립적인 가요성 평판(926)의 편향을 야기한다. 이 특정한 기준 압력은 다음 방정식에 의해 설명된다.
Figure 112014008324679-pct00005
(5)
실리콘 물질을 사용하는 일 실시예에서, 영률의 통상적인 변이는 -40 ppm/K이다. 본 실시예에서, T = 300 켈빈(K)인 온도에서, 이 두 가지 효과의 상쇄를 제공하는 기준 압력(Pref)은 다음 방정식에 의해 대략적으로 설명된다.
PPref = 0.0118*Pamb (6)
그 결과, 두 개의 위에서 언급된 효과를 상쇄시키도록 방정식(6)을 활용하는 MEMS 디바이스는 온-보드 온도 센서에 의한 독립적인 온도 측정을 필요로 하지 않는다. 다양한 온도 및 다양한 물질이 이러한 위에서 언급된 방정식에 대한 변화를 야기할 것이라는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.
도 10은 가요성 평판 편향의 변이를 주변 온도의 함수로서 표시하는 그래프(1000)를 예시한다. 그래프(1000)는 위에서 언급된 방정식(3)을 사용해서 계산된다. 그래프(1000)에서, Δymax_Si는 오직 실리콘(Si) 영률로부터의 기여를 나타내고, Δymax_gas는 밀봉 캐비티 내의 가스로부터의 기여만을 나타내며, Δymax는 위에서 언급된 방정식(6)에 의해 설명된 완벽하게 보상된 압력 센서에서의 가요성 평판 편향의 변이를 나타낸다.
도 11은 제10 실시예에 따른 MEMS 디바이스(1100)의 단면도를 예시한다. MEM 디바이스(1100)는 집적 회로 기판(1114), 집적 회로 기판(1114)에 연결된 전자 회로(1116), 및 집적 회로 기판(1114)에 연결된 적어도 하나의 고정 전극(1118)을 포함한다. MEMS 디바이스(1100)는 또한 MEMS 서브어셈블리를 포함하는데, 이 서브어셈블리는 MEMS 전극(1104), MEMS 전극(1104)에 연결된 가요성 평판(1126), 및 MEMS 전극(1104)에 연결된 적어도 하나의 이격부(1110)를 포함한다.
가요성 평판(1126)은 상면(1106) 및 하면(1108)을 포함한다. MEMS 서브어셈블리는 밀봉 캐비티(1120)를 형성하는 접합부(1112)를 통해 집적 회로 기판(1114)에 접합된다. 핸들 기판(1122)이 산화층(1124)를 통해 가요성 평판(1126)에 접합된다. 추가적인 덩어리(1128)가 또한 추가적인 힘의 감지를 가능하게 하기 위해 가요성 평판(1126)의 상면(1106)에 연결된다. 일 실시예에서, 이러한 추가적인 힘은 가요성 평판(1126)에 평행하고 수직인 가속도 및 전단력을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 추가적인 덩어리(1128)는 조이스틱 움직임의 추적을 가능하게 하기 위해 조이스틱에 연결된다.
도 12는 제10 실시예에 따른 MEMS 디바이스(1100)의 동작을 예시한다. 도 12는 MEMS 디바이스(1100)의 소자 구성을 설명하는 전자 회로도(1150)를 포함한다. 도 12는 집적 회로 기판(1114)에 평행한 제1 방향으로 추가적인 덩어리(1128)의 움직임을 도시한다. 가요성 평판(1126)은 전단력의 인가로 인해 변형된다.
일 실시예에서, 세 개의 고정 전극이 가요성 평판(1126) 아래에 배치된다: 가요성 평판(1126)의 중간 부분 아래에 배치된 제1 고정 전극, 제1 고정 전극의 왼쪽에 배치된 제2 고정 전극, 및 제1 고정 전극의 오른쪽에 대칭으로 배치된 제3 고정 전극. 본 실시예에서, 전단력은 제2 고정 전극과 제3 고정 전극의 커패시턴스가 반대로 변화되게 하는데, 즉 제2 고정 전극의 커패시턴스가 증가할 때, 제3 고정 전극의 커패시턴스는 감소한다. 본 실시예에서, 수직력은 모든 커패시턴스가 유사하게 변화되게(즉, 증가 또는 감소하게) 한다. 다른 실시예에서, 네 개의 고정 전극이 CMOS 기판 상의 가요성 평판(1126) 아래에 놓여서 기판에 수직인 움직임, 기판에 평행한 제1 방향의 움직임, 및 기판에 평행하고 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 움직임을 측정한다.
위에서 언급된 MEMS 디바이스의 정전 구동은 집적 회로 기판 상에 적어도 하나 이상의 전극을 형성함으로써 가능해진다. 이 자체-테스트 특징은 또한 공장에서 디바이스의 자체-교정에 사용될 수 있는데, 이는 외부 압력 챔버에 대한 필요성을 제거함으로써 테스트 비용을 낮춘다. 가요성 평판의 정전 구동은 MEMS 디바이스의 자체-테스트 및 자체-교정에 사용될 수 있으며, 광을 변조하는 MEMS 디바이스, 마이크로-거울, 및 마이크로-스피커를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 디바이스를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 적어도 하나 이상의 전극은 자체-테스트를 위해 ST로 라벨링되고 CMOS 기판(502)에 연결된다. 일 실시예에서, 25V 전압이 자체-테스트 동안에 적어도 하나 이상의 ST 전극에 인가된다. 이 전압은 도 5에서 CMOS 기판(502)에 연결된 전하 펌프(CP)를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 방법론에 의해 발생될 수 있다는 것을 당업자는 쉽게 인식하며, 이는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다. 이 자체-테스트 동안에, 정전흡인력이 만들어져 가요성 평판에 인가되는데, 이는 추가적인 외부 압력과 유사한 방식으로 가요성 평판이 고정 전극을 향해 편향하게 한다.
결과적인 기능 및 모방 압력이 압력 센서 MEMS 디바이스의 자체-테스트에 사용되고 다음 방정식에 의해 설명되는데, Pst는 자체-테스트 압력이고, Fst는 자체-테스트 힘이고, Amemb는 가요성 평판의 면적이고, Ast는 자체-테스트 전극(ST)의 면적이고, ε는 유전률(예컨대, 진공에서 8.85e-12F/m)이고, Vst는 자체-테스트 전위이고, g는 기준 밀봉 캐비티/챔버의 하부와 가요성 평판 사이의 간격이고, k는 가요성 평판이 피스톤 같은 움직임으로 이동하는 것과 반대로 구부러진다는 것을 고려한 계수이다.
Figure 112014008324679-pct00006
위에서 언급된 MEMS 디바이스는 압력 센서 디바이스, 전단력 센서 디바이스, 및 힘 인가 디바이스를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 응용예에 활용된다. 힘 인가 디바이스로서, MEMS 디바이스는 마이크로-스피커, 마이크로-거울, 및 마이크로-광 변조 디바이스로서 작동한다.
추가적으로, 이러한 MEMS 디바이스의 가요성 평판의 일부를 환경에 놓는 것은 이러한 MEMS 디바이스가 단지 압력 변화 및 변이보다 더 많이 감지하고 구동하게 한다. 도 3, 도 11, 및 도 12에 의해 설명된 MEMS 디바이스는 MEMS 디바이스가 가속도계로서 기능하게 하도록 배치되는 신호 처리 도식도를 포함한다. 이러한 도식도는 완전한 용량성 휘스톤 브리지가 차동 감지 및 공통 모드 제거를 제공하기 위해 어떻게 형성되는지를 예시한다.
다른 실시예에서, 이러한 위에서 언급된 MEMS 디바이스의 가요성 평판(들)의 상면이 화합물로 도포되는데, 이 화합물은 선택적 가스 또는 유체 종류를 환경으로부터 흡수할 수 있다. 이러한 흡수로부터 기인하는 가요성 평판의 변형에 기초해서, 화합물 도포는 마이크로-밸런스드 화학 감지를 위해 MEMS 디바이스를 가능하게 한다.
일 실시예에서, 위에서 언급된 MEMS 디바이스의 이격부에 의해 결정된 용량성 간격은 제조 공차 및 가변 대상인데, 이 공차 및 가변은 대개는 커패시턴스 변이로 그리고 이에 따라 센서 출력에서의 가변으로 이끈다. 이 가변을 방지하기 위해, 일 실시예에서, 위에서 언급된 MEMS 디바이스는 구현된 차동 감지에 의해 커패시터(C1(P)) 커패시터 (C3(P)) 둘 다에 대해 공통 간격값을 활용한다.
임의의 힘 감지 MEMS 디바이스의 장점들 중 하나는 힘에서의 매우 작은 변이를 확고하게 하는 능력인데, 이 변이는 피코미터(~10-12m) 레벨 상의 매우 작은 ymax 변이 감지 능력 및 아토-패럿(~10-18F) 레벨 상의 매우 작은 C1(P) 감지를 야기한다. 이러한 작은 전기 신호는 측정하기 어려우며 다양한 환경 인자에 의해 쉽게 압도된다. 이러한 다양한 환경 인자를 방지하기 위해, 일 실시예에서, 위에서 언급된 MEMS 디바이스는 제1 및 제2 고정 전극에 의해 형성된 용량성 브리지의 감지 노드를 활용하는데, 이 전극들은 전도성 가요성 평판에 의해 그리고 제3 및 제4 고정 전극에 의해 환경으로부터 전기적으로 차폐된다. 제3 및 제4 고정 전극은 용량성 브리지의 피구동 노드이며 제1 및 제2 고정 전극보다 더 높은 전위를 전달한다. 이는 제3 및 제4 고정 전극이 이러한 다양한 환경 인자에 덜 예민하게 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 방법 및 시스템은 자체-테스트 및 자체-교정할 수 있는 더 효과적이며 더 정확한 힘 감지 및 힘 인가 MEMS 디바이스를 허용한다. 고정 전극을 갖는 집적 회로 기판을 가요성 평판에 연결된 MEMS 전극을 포함하는 MEMS 서브어셈블리에 연결함으로써, 기밀하게 밀봉된 캐비티/챔버가 고정 전극과 MEMS 전극 사이에 형성되는데, 이는 힘에 반응하는 용량성 압력 센서 디바이스에 의한 다양한 힘의 감지를 가능하게 한다. 따라서, 이 힘에 반응하는 용량성 압력 센서의 일측은 기밀하게 밀봉된 캐비티/챔버이나, 타측은 인근의 주변 환경에 노출된다.
MEMS 서브어셈블리 상에 형성된 적어도 하나의 이격부는 기밀하게 밀봉된 캐비티/챔버의 간격 크기를 결정하고 집적 회로 기판에 대한 배선을 형성한다. 이 용량성 압력 센서는 동일한 MEMS 서브어셈블리 상의 힘에 반응하는 디바이스를 포함하나 이에 제한되지 않는 그 밖의 MEMS 디바이스와 집적될 수 있다. 이 용량성 압력 센서는 온도, 광, 및 근접 센서를 포함하나 이에 제한되지 않는 그 밖의 CMOS-기반 센서와 집적될 수 있다.
도 13은 밀봉 캐비티 내에 유전체를 갖는 MEMS 디바이스의 단면도의 일 실시예를 예시한다. 일 실시예에서, 유전체(1302)는 이격부의 높이보다 작은 두께를 가지고, 고정 전극 위에 놓일 수 있다. 유전체는 예컨대, IC 기판의 패시베이션 층으로부터 형성될 수 있다. 유전체는 초과 이동 멈춤부로서 기능해서, 가요성 평판이 고정 전극에 영향을 주는 것을 예방한다. 다른 실시예에서, 유전체(1302)는 고정 전극을 덮지 않고 고정 전극 옆에 놓일 수 있다. 유전체(1302)는 고정 전극이 고정 전극 위에 놓일 때 간격에서의 정전기장을 향상시킨다.
도 14는 핸들 기판으로부터 분리된 가요성 평판을 갖는MEMS 디바이스의 단면도의 일 실시예를 예시한다. 일 실시예에서, 이격부(1402)는 핸들 기판에 연결되지 않고 압력 포트 밑에 있다. 이격부(1404)는 그 밖의 MEMS 디바이스(도 14에 미도시됨)에 기밀한 밀봉을 제공할 수 있다. 압력 포트에 의해 노출된 IC 기판의 부분이 패시베이션층을 필요로 할 수 있다.
본 발명이 도시된 실시예에 따라 설명되었으나, 당업자는 실시예에 대한 변형예가 존재할 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이며, 이러한 변형예는 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다. 따라서, 많은 수정예가 첨부된 청구항의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (21)

  1. 집적 전자장치를 갖는 미세전자기계시스템(MEMS) 디바이스로서,
    적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함하는 집적 회로 기판;
    상기 집적 회로 기판에 연결된 MEMS 서브어셈블리로, 적어도 하나의 이격부와, 상면과 하면을 구비하는 가요성 평판과, 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극과, 핸들 기판에 접합되는 디바이스층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이격부와 가요성 평판은 상기 디바이스층 상에 형성되고, 상기 핸들 기판의 개구부가 상기 가요성 평판의 상면의 적어도 일 부분을 주변 환경에 노출하며, 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기하는 것인, MEMS 서브어셈블리;
    상기 적어도 하나의 이격부를 MEMS 전극에 연결하는 가요성 배선; 및
    상기 가요성 평판을 상기 MEMS 전극에 연결하는 기둥을 포함하는, MEMS 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이격부는 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 상기 간격을 정의하되, 상기 적어도 하나의 이격부는 전도성 접합부를 가지고 상기 집적 회로 기판에 접합되어 밀봉 캐비티를 형성하며 그리고 상기 MEMS 전극과 상기 집적 회로 기판 사이에 전기 배선을 형성하는, MEMS 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가요성 평판의 상기 하면의 적어도 하나의 부분은 상기 밀봉 캐비티의 표면이고 상기 가요성 평판의 상기 상면의 적어도 하나의 부분은 주변 환경에 노출되는, MEMS 디바이스.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 상기 힘은 주변 압력과 상기 밀봉 캐비티 내의 압력 간의 차이로부터 기인하는 것인, MEMS 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 밀봉 캐비티 내의 상기 압력은 압력 센서 오프셋의 온도 의존도가 상쇄되도록 선택되는, MEMS 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정 전극은 상기 집적 회로 기판 상에 배치된 제1 고정 전극 및 제2 고정 전극이되, 상기 제1 고정 전극은 상기 MEMS 전극의 이동부 근처에 있고, 상기 제2 고정 전극은 상기 MEMS 전극의 기준부 근처에 있으며, 상기 기준부는 상기 이동부와 상이하게 힘에 반응하는, MEMS 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 고정 전극과 상기 이동부 사이에 형성된 제1 커패시터; 및
    상기 제2 고정 전극과 상기 기준부 사이에 형성된 제2 커패시터를 더 포함하되,
    커패시턴스 차이를 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터 사이에서 측정하여 힘을 감지하고 간격 변이를 제거하는, MEMS 디바이스.
  9. 제7항에 있어서, 상기 집적 회로 기판 상에 형성된 제3 커패시터 및 제4 커패시터를 더 포함하되, 상기 제3 커패시터는 상기 제1 고정 전극에 연결되고, 상기 제4 커패시터는 상기 제2 고정 전극에 연결되며, 상기 제1 내지 제4 커패시터는 용량성 브리지 구성을 형성하도록 배치되는, MEMS 디바이스.
  10. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고정 전극은 적어도 하나의 자체-테스트 전극이고, 상기 적어도 하나의 자체-테스트 전극과 상기 MEMS 전극 사이에 전위차를 인가함으로써 정전기력이 생성됨으로써, 상기 정전기력이 상기 가요성 평판 상에서 작용하여 상기 가요성 평판의 편향을 야기하는, MEMS 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정전기력은 상기 가요성 평판에 실질적으로 평행해서, 상기 제1 고정 전극 및 제2 고정 전극에 의해 측정된 상기 가요성 평판의 기울어짐을 야기하는, MEMS 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 집적 회로 기판에 수직인 움직임, 상기 집적 회로 기판에 평행한 제1 방향의 움직임, 및 상기 집적 회로 기판에 평행하고 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 움직임을 측정하도록 적어도 세 개의 고정 전극 및 상기 가요성 평판에 연결된 추가적인 덩어리를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 상기 가요성 평판의 상기 상면에 연결된 흐름 채널을 더 포함하되, 상기 가요성 평판 상에 작용하는 힘이 유체-구조물 상호작용 성질을 가지는 것인, MEMS 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 핸들 기판은 입자 필터를 포함하는, MEMS 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상면 및 하면을 구비하는 제2 가요성 평판으로서, 상기 제2 가요성 평판의 상기 하면의 적어도 하나의 부분은 제2 밀봉 캐비티의 표면이고 상기 제2 가요성 평판의 상기 상면의 적어도 하나의 부분은 상기 주변 환경에 노출되며, 상기 제2 가요성 평판의 적어도 하나의 부분은 기준 전극으로서 작용하고 적어도 다른 이격부에 연결되는 것인, 제2 가요성 평판; 및
    상기 제2 가요성 평판에 연결된 제2 MEMS 전극으로서, 상기 제2 MEMS 전극은 상기 적어도 다른 이격부에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 MEMS 전극은 상기 집적 회로 기판 상에 배치된 제2 고정 전극 근처에 있는, 제2 MEMS 전극을 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 가요성 평판의 상기 상면에 연결된 화합물 도포부를 더 포함하되, 상기 화합물 도포부는 마이크로-밸런스드 화학 감지를 가능하게 하는 것인, MEMS 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 집적 회로 기판에 연결된 자체-테스트 전극; 및
    상기 집적 회로 기판에 연결된 전하 펌프로서, 상기 MEMS 디바이스를 자체-테스트 및 자체-교정하도록 활성화되는, 전하 펌프를 더 포함하는, MEMS 디바이스.
  18. 집적 전자장치를 갖는 MEMS 디바이스를 제공하는 방법으로서,
    적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함하는 집적 회로 기판을 제공하는 단계;
    상기 집적 회로 기판에 MEMS 서브어셈블리를 연결하는 단계로서, 상기 MEMS 서브어셈블리는 리소그래피 공정에 의해 형성된 적어도 하나의 이격부, 상면과 하면을 갖는 가요성 평판, 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극, 및 핸들 기판에 접합되는 디바이스층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이격부와 가요성 평판은 상기 디바이스층 상에 형성되고, 상기 핸들 기판의 개구부가 상기 가요성 평판의 상면의 적어도 일 부분을 주변 환경에 노출하고, 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기하는, MEMS 서브어셈블리 연결 단계;
    상기 적어도 하나의 이격부를 MEMS 전극에 연결하는 가요성 배선을 제공하는 단계; 및
    상기 가요성 평판을 상기 MEMS 전극에 연결하는 기둥을 제공하는 단계를 포함하는, MEMS 디바이스를 제공하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 정전기력을 생성하도록 집적 회로 기판의 적어도 하나의 자체-테스트 전극과 상기 가요성 평판에 연결된 MEMS 전극 사이의 전위차를 인가함으로써, 상기 정전기력이 상기 가요성 평판 상에서 작용하여 편향을 일으켜 상기 MEMS 디바이스를 자체-테스트 및 자체-교정하는 단계를 더 포함하는, MEMS 디바이스를 제공하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 입자 필터를 상기 가요성 평판에 연결하는 단계를 더 포함하되, 상기 입자 필터는 상기 MEMS 디바이스의 환경 보호를 향상시키는, MEMS 디바이스를 제공하는 방법.
  21. 집적 전자장치를 갖는 미세전자기계시스템(MEMS) 디바이스로서,
    적어도 하나의 고정 전극에 연결된 적어도 하나의 회로를 포함하는 집적 회로 기판;
    상기 집적 회로 기판에 연결된 제 1 MEMS 서브어셈블리로, 적어도 하나의 이격부와, 상면과 하면을 구비하는 가요성 평판과, 상기 가요성 평판에 연결되고 상기 적어도 하나의 이격부에 전기적으로 연결된 MEMS 전극과, 핸들 기판에 접합되는 디바이스층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 이격부와 가요성 평판은 상기 디바이스층 상에 형성되고, 상기 핸들 기판의 개구부가 상기 가요성 평판의 상면의 적어도 일 부분을 주변 환경에 노출하며, 상기 가요성 평판 상에서 작용하는 힘이 상기 MEMS 전극과 상기 적어도 하나의 고정 전극 사이의 간격의 변화를 야기하는 것인, 제 1 MEMS 서브어셈블리; 및
    상기 집적 회로 기판에 연결되는 제 2 MEMS 서브어셈블리로, 상기 디바이스층에 형성되고 상기 개구부와 수평으로 집적되고, 상기 핸들 기판과 상기 가요성 평판에 의해 덮이는, 제 2 MEMS 서브어셈블리를 포함하는, MEMS 디바이스.
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