晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质

1.本发明涉及微系统及微纳器件技术领域，尤其涉及一种晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质。


背景技术：

2.真空封装或气密封装，是微机电系统(micro-electro-mechanical systems，mems)的陀螺仪、热辐射仪等微纳器件的关键加工工艺步骤。其目的是密封和维持特定气压的微腔环境，达到提高品质因数、降低空气热传导、隔绝氧气等目的，其直接决定了所封装的mems器件能否正常并持久可靠地工作，真空封装或气密封装技术已成为制约诸多mems器件加工成品率和可靠性的关键因素，也是mems工厂生产过程占据高成本(可达50％-90％)的主要工艺环节。其中，晶圆级真空封装可以在晶圆上完成对成千上万器件的一次性密封，相比于芯片级封装，效率和成本优势明显，也便于同互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)集成电路晶圆直接集成，是学术界和产业界重点研究领域。
3.当前，微系统产业升级对mems器件微型化、集成化的需求与日俱增，传统将独立器件各自密封好再进行集成的系统级封装方法在体积和成本上凸显劣势，实现多功能器件一体化片上异质集成已成为一种趋势，例如集成了mems加速度计、陀螺仪、热辐射仪等的多功能传感单元，如能在晶圆级别对不同器件完成一次性真空封装，将大幅增强其集成度和微型化，同时降低总体加工成本，进一步推动微小型无人机、便携式电子设备等应用领域的发展。
4.然而，现有方法只面向特定器件，实现统一要求的单一真空度环境密封，但不同的mems器件对真空度环境的需求可能不同，如mems加速度计需要在约几十kpa气压环境中工作，而mems热辐射仪则需要在10-5
～10-3
kpa的高真空环境中工作，现有方法难以实现对不同真空度环境需求的mems器件进行晶圆级多级真空封装，进而制约了多器件片上异质集成的进一步发展。


技术实现要素：

5.本发明提供一种晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质，用以解决现有技术难以实现对不同真空度环境需求的mems器件进行晶圆级多级真空封装的问题。
6.本发明提供一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，包括：
7.通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数；其中，所述m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道；
8.按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对所述m种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括m种密封结构的多级真空度环境微
腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
9.其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，所述当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述键合压力和键合温度下发生键合。
10.根据本发明提供的一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，所述m种密封圈中还包括第二密封圈，所述第二密封圈呈完整闭合状，所述第二密封圈作为封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈。
11.根据本发明提供的一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体包括：
12.建立所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
13.在所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装。
14.根据本发明提供的一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体包括：
15.在所述当前待封装微腔结构中设置吸气剂；其中，所述吸气剂用于在温度大于或等于预先设置的阈值的情况下吸收气体；
16.在预先设置的当前真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，形成所述当前待封装微腔结构对应的当前密封结构；其中，所述当前真空度环境的气压高于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
17.对所述当前密封结构设置大于或等于所述阈值的键合温度，形成对应于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境的密封结构。
18.根据本发明提供的一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，所述晶圆包括器件晶圆和封盖晶圆，所述n个待封装器件设置在所述器件晶圆上，所述下密封圈结构设置在所述器件晶圆上，所述上密封圈结构设置在所述封盖晶圆上，所述上密封圈结构与所述下密封圈结构对应设置。
19.根据本发明提供的一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，所述上密封圈结构和所述下密封圈结构的材料相同或者不同。
20.本发明还提供一种晶圆级多级真空度环境的封装装置，包括：
21.设置模块，用于通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数；其中，所述m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道；
22.封装模块，用于按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对所述m种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设
置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
23.其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，所述当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述键合压力和键合温度下发生键合。
24.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述晶圆级多级真空度环境的封装方法。
25.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述晶圆级多级真空度环境的封装方法。
26.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述晶圆级多级真空度环境的封装方法。
27.本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质，在同一晶圆上设置了在不同温度发生键合的密封圈，并在至少一个第一密封圈上设置有至少一个通气道，对于第一密封圈来说，可以在通过通气道对待封装器件所在的待封装微腔结构建立需求真空度环境的情况下，采用第一密封圈对应的键合压力和键合温度对第一密封圈进行封装，具体是通过键合温度使第一密封圈部分材料发生熔融态转变，回流填充了通气道，并在键合温度和压力的作用下使得第一密封圈材料最终转变为固态从而完成键合，以对待封装器件对应的待封装微腔结构进行封装，而未发生键合的第一密封圈仍然可以通过设置的通气道建立对应的需求真空度环境，并同上原理进行封装，可以实现晶圆级大跨度多级真空度环境封装，克服了现有方法只能实现统一要求的单一真空度环境封装的问题，并且设置的结构简单，且可以采用标准微加工工艺流程和设备，便于规模化运用，并且密封微腔可独立制备于封盖晶圆，最大限度减少了对器件晶圆现有制备工艺的影响。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法的流程示意图；
30.图2是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中设置密封圈的示意图；
31.图3是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中第一级封装的示意图；
32.图4是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中第二级封装的示意图；
33.图5是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中三级封装的示意图；
34.图6是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装装置的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，
而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.下面结合附图描述本发明的晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质。
37.图1是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法的流程示意图，如图1所示，方法包括步骤s101至步骤s102；其中：
38.步骤s101、通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数；其中，所述m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道；
39.步骤s102、按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对所述m种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
40.其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，所述当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述键合压力和键合温度下发生键合。
41.相关技术中，不同的mems器件对真空度需求可能不同，如mems加速度计需要在约几十kpa气压环境中工作，而mems热辐射仪则需要10-5
～10-3
kpa的高真空环境。因此，对不同密封压需求的mems器件完成晶圆级多级真空封装成为迫切需求，而现有方法通常只面向特定器件实现统一要求的单一真空度环境封装，制约了多器件片上异质集成的进一步发展。
42.针对上述问题，本发明实施例提供了以下技术构思：不同的密封微腔通过布置在晶圆上的在不同温度发生键合的密封圈，以在不同真空度环境下分步逐次封装，从而将相异真空度环境封装在不同的密封微腔中。
43.具体地，可以通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数，其中，m种密封圈发生键合的第一温度与m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，具体可以设置待封装器件对应的封装优先级越高，则选择的密封圈发生键合的第一温度越低，在键合温度由低升高的过程中，第一温度较低的密封圈先发生键合，先发生键合的密封圈先进行封装，m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，第一密封圈包括至少一个通气道。
44.需要说明的是，可以对n个待封装器件均形成对应的待封装微腔结构，此时相当于共形成了n种待封装微腔结构；也可以对对应有同样需求真空度环境的多个待封装器件，形成同一种待封装微腔结构，此时m小于n。
45.还需要说明的是，同种密封圈可以对应设置于需求真空度环境相同的待封装器件，形成同种待封装微腔结构，同种待封装微腔结构可以在建立共同对应的需求真空度环境的情况下，同时进行执行封装操作；
46.可选地，可以对每个密封圈都采用不同种的密封圈(对应于不同的封装优先级)，或者，对多个密封圈采用同一种密封圈(对应于同一封装优先级)。
47.可选地，同种密封圈发生键合的第一温度通常是相同或相近的。
48.可选地，可以先基于预先设置的m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级，确定设置在晶圆上的n个待封装器件对应的密封圈，具体可以是确定各密封圈的参数和结构，各密封圈的参数可以包括密封圈发生键合的第一温度，各密封圈的结构可以包括设置的通气道(缺口)的数目、通气道的位置等。
49.在形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构后，再按照m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对m种待封装微腔结构依次执行封装操作，以形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，具体包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
50.对于m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构来说，执行封装操作包括：基于当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对当前待封装微腔结构进行封装，当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在键合压力和键合温度下发生键合。
51.具体来说，可以从封装优先级最高的待封装器件开始封装，先建立封装优先级最高的待封装器件对应的需求真空度环境，由于封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈发生键合的第一温度最低，故当键合温度大于或等于封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈的第一温度时，结合合适的键合压力，可以对封装优先级最高的待封装器件对应的待封装微腔结构进行封装，即对封装优先级最高的待封装器件进行了封装；而下一封装优先级的待封装微腔结构仍通过通气道与外界通气，从而方便构建下一级需求真空度环境；
52.在键合温度不断升高的时候，可以不断建立当前待封装的待封装器件对应的需求真空度环境，并采用当前待封装的待封装器件的密封圈对应的键合压力和键合温度，对当前待封装的待封装器件的密封圈进行封装；
53.其中，各待封装器件对应的需求真空度环境可以相同或不同，其差异可以较大，具体需求真空度环境可以由技术人员根据实际情况进行设置，以实现晶圆级大跨度多级真空度环境封装。
54.可选地，待封装器件可以为微纳器件，例如为mems开关、mems加速度计、mems热辐射仪等。
55.在本发明实施例提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中，在同一晶圆上设置了在不同温度发生键合的密封圈，并在至少一个第一密封圈上设置有至少一个通气道，对于第一密封圈来说，可以在通过通气道对待封装器件所在的待封装微腔结构建立需求真空度环境的情况下，采用第一密封圈对应的键合压力和键合温度对第一密封圈进行封装，具体是通过键合温度使第一密封圈部分材料发生熔融态转变，回流填充了通气道，并在键合温度和压力的作用下使得第一密封圈材料最终转变为固态从而完成键合，以对待封装器件对应的待封装微腔结构进行封装，而未发生键合的第一密封圈仍然可以通过设置的通气道建立对应的需求真空度环境，并同上原理进行封装，可以实现晶圆级大跨度多级真空度环境封装，克服了现有方法只能实现统一要求的单一真空度环境封装的问题，并且设置的结
构简单，且可以采用标准微加工工艺流程和设备，便于规模化运用，并且密封微腔可独立制备于封盖晶圆，最大限度减少了对器件晶圆现有制备工艺的影响。
56.可选地，所述晶圆可以包括器件晶圆和封盖晶圆，所述n个待封装器件设置在所述器件晶圆上，所述下密封圈结构设置在所述器件晶圆上，所述上密封圈结构设置在所述封盖晶圆上，所述下密封圈结构与所述上密封圈结构对应设置。
57.具体地，晶圆可以包括器件晶圆和封盖晶圆两部分，n个待封装器件设置在器件晶圆上，各密封圈可以包括设置在器件晶圆上的下密封圈结构，以及设置在封盖晶圆上的上密封圈结构，上密封圈结构和下密封圈结构对应设置，用于将待封装器件包围起来形成待封装微腔结构，且在第一温度下，上密封圈结构和下密封圈结构之间可以发生键合，以对待封装微腔结构实现封装。
58.可选地，器件晶圆和封盖晶圆可以均为硅晶圆；
59.可选地，可以将对准的器件晶圆和封盖晶圆加载进入晶圆键合仪，以通过晶圆键合仪建立需求真空度环境，并加载键合压力和键合温度进行封装。
60.可选地，所述上密封圈结构和所述下密封圈结构的材料可以相同或者不同，只要上密封圈结构和下密封圈结构之间可以发生键合即可，例如可以发生转移液相键合，首先使部分材料在键合温度作用下转变为熔融态，回流填充通气道，并最终生成熔点更高的金属间化合物，以实现对待封装微腔结构的封装，从而完成对待封装器件所需真空度环境的封装。
61.具体地，上密封圈结构和下密封圈结构可以采用铜-锡双层金属，也可以采用金、铟等单金属。
62.可选地，所述m种密封圈中还可以包括第二密封圈，所述第二密封圈呈完整闭合状，所述第二密封圈作为封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈。
63.具体地，可以对封装优先级最高的待封装器件，设置呈完整闭合状的第二密封圈，即对需要最先进行封装的待封装器件，设置呈完整闭合状的第二密封圈，可以理解为在第二密封圈上没有设置通气道，而对其他待封装器件设置第一密封圈；
64.可以对最先封装的待封装器件设置呈完整闭合状的密封圈，无需通过通气道对最先封装的待封装器件建立对应的需求真空环境，在一定程度上可以提高封装效率。
65.可选地，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体可以包括：
66.建立所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
67.在所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装。
68.具体地，对于每一级待封装微腔结构的封装来说，可以先建立当前待封装的当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境，进而在该需求真空度环境下对当前待封装微腔结构进行封装，具体可以利用晶圆键合工艺，基于当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对当前待封装微腔结构进行封装。
69.可选地，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体可以包括：
70.在所述当前待封装微腔结构中设置吸气剂；其中，所述吸气剂用于在温度大于或等于预先设置的阈值的情况下吸收气体；
71.在预先设置的当前真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温
度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，形成所述当前待封装微腔结构对应的当前密封结构；其中，所述当前真空度环境的气压高于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
72.对所述当前密封结构设置大于或等于所述阈值的键合温度，形成对应于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境的密封结构。
73.具体地，执行封装操作也可以利用吸气剂，使待封装微腔结构在被封装后达到其对应的需求真空度环境；
74.对于当前待封装微腔结构的封装来说，可以先在当前待封装微腔结构中设置吸气剂，吸气剂的设置量可以由操作人员基于实际情况进行设置，在当前待封装微腔结构中的设置位置也可以基于实际情况进行设置，例如可以将吸气剂设置在当前待封装微腔结构的封盖晶圆侧；
75.在设置好吸气剂后，可以对当前待封装微腔结构进行封装，由于吸气剂在激活后，可以通过吸收气体进一步降低密封结构中的气压(即提高真空度)，故可以在高于需求真空度环境气压的当前真空度环境下，对当前待封装微腔结构进行封装，具体可以基于当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对当前待封装微腔结构进行封装，形成当前待封装微腔结构对应的当前密封结构；
76.在对当前待封装微腔结构封装形成当前密封结构后，可以对当前密封结构设置大于或等于阈值的键合温度，以激活设置的吸气剂，使其通过吸收气体进一步降低当前密封结构的气压，以达到需求真空度环境。
77.可选地，可以在部分待封装器件的需求真空度环境所要求的气压较低，难以直接建立需求真空度环境的情况下，在待封装器件对应的待封装微腔结构中设置吸气剂，可以将吸气剂设置在待封装微腔结构的封盖晶圆侧，并在完成封装后通过大于或等于阈值的键合温度激活吸气剂，以进一步降低气压。
78.可选地，吸气剂例如为钛基和钒基吸气剂。
79.下面举例说明本发明实施例提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法。
80.一、以两级真空度环境的封装为例，方法包括以下步骤：
81.步骤1：图2是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中设置密封圈的示意图，如图2所示，完成对器件晶圆101、封盖晶圆201的准备，以及含有缺口(通风道)的密封圈结构301和封闭密封圈结构302的制备；其中，含有缺口的密封圈结构301可在封盖晶圆上布置缺口，而在器件晶圆上的对应位置的密封圈结构可成封闭状，反之依然。
82.本发明实施例提供的器件晶圆101和封盖晶圆201均为为硅晶圆，其中，器件晶圆上包含待封装的微纳器件102和103(待封装器件)，且各自所需封装真空度要求不同，例如本发明实施例提供的微纳器件102为mems开关，微纳器件103为mems加速度计；
83.可选地，上述封盖晶圆201还包含有为微纳器件102和103提供封装空间的密封微腔(待封装微腔结构)202和203，其微加工过程可通过光刻先制备光刻胶掩膜板，然后通过硅深反应离子刻蚀完成；
84.本发明实施例提供的密封圈结构301为铜-锡双层金属，密封圈结构302为金，形状均为正方形，且四个顶点处均设计为圆角，其中封盖晶圆201上密封圈结构301和302宽度均为10～50μm，高度均为1～5μm，其微加工过程均可通过标准光刻工艺结合电镀工艺或磁控
溅射等材料沉积工艺完成；器件晶圆101所对应的密封圈结构301和302与封盖晶圆上的材料及形状一致，不同的是均为封闭结构。
85.步骤2：图3是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中第一级封装的示意图，如图3所示，将对准好的器件晶圆101和封盖晶圆201加载进入晶圆键合仪401，而后将晶圆键合仪内腔气压抽至设定的第一级气压p1，使得密封微腔203内同样建立起气压环境至p1级别，本发明实施例可设为10kpa，然后加载键合压力f1和键合温度t1，使得密封圈结构301和302均发生接触，其中密封圈结构302发生热压键合和封装，完成对器件103所需真空度环境的封装，而密封圈结构301仍保留有缺口通气道，尚未完成封装；
86.本实施实例提供的键合压力f1可根据晶圆上的密封圈结构密度最终确定，键合温度设置为250℃。
87.步骤3：图4是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中第二级封装的示意图，如图4所示，将晶圆键合仪内腔气压抽至设定的第二级气压p2，使得密封微腔202内同样建立起气压环境至p2级别，本发明实施例可设为0.01kpa，然后加载键合压力f2和键合温度t2，使得密封圈结构301发生转移液相键合，键合初期锡材料转变为熔融态，回流填充缺口，并最终与铜形成熔点更高的金属间化合物从未成为固态，最终实现密封微腔202的封装，从而完成对微纳器件102所需真空度环境的封装；
88.本发明实施例提供的键合压力f2可根据晶圆上的密封圈结构密度最终确定，键合温度设置为350℃。
89.可选地，在上述步骤完成后，可在已完成键合的封盖晶圆和器件晶圆之间借助毛细力填充高分子材料，从而加强密封圈的键合强度和可靠性。
90.二、以三级真空度环境的封装为例，方法包括以下步骤：
91.步骤1至步骤3可以参考两级真空度环境的封装中的步骤1至步骤3；
92.图5是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法中三级封装的示意图，如图5所示，区别在于在上述方案基础上，本发明实施例增加了用于封装第三种微纳器件104所需的密封微腔204，以及用于真空度纯化的吸气剂205，所需密封圈结构与图2所示的密封圈结构301保持一致；
93.本发明实施例提供的微纳器件104可为mems陀螺仪，吸气剂205可为钛基和钒基吸气剂，可通过标准光刻工艺结合溅射工艺沉积完成；
94.步骤4：在上述步骤1至3的基础上，进一步加载键合压力f3和键合温度t3，气压环境可调制常规大气压环境，在t3的作用下，吸气剂被激活，从而使得密封微腔气压在p2基础上进一步降低至p3级别，即10-3
～10-5
kpa级别，从而满足微纳器件104的真空度封装需求；
95.本发明实施例中键合压力f3仅用于方便施加键合温度t3，因此可仅为1kn左右，键合温度t3及其保持时间可根据具体吸气剂类型和目标气压调整确定。
96.本发明实施例可在两级真空度封装的基础上，不改变密封圈结构及种类，仅通过使用吸气剂，部分布置于封盖晶圆上的某一类密封圈结构中，并在上述封装过程步骤基础上，加载第三级键合温度和键合压力，使得部分已封装的并含有吸气剂的微腔达到更高的真空度级别，从而实现三级及以上多级真空度环境封装。
97.三、晶圆级多级真空度环境封装方法中，晶圆键合及封装过程步骤如下：
98.s1：在封盖晶圆和器件晶圆上分别制备不同的密封圈结构，制备方法可通过常规
光刻工艺配合材料沉积工艺实现，包括蒸镀、等离子体溅射、电镀等标准微加工工艺步骤，其中器件晶圆包含有待真空封装的微纳器件，置于待封装微腔结构内；
99.可选的，密封微腔可在封盖晶圆上通过等离子体刻蚀等工艺完成，使得器件晶圆制备工艺仅需改变密封圈结构制备的步骤，从而最大限度减少对标准器件晶圆制备流程的影响。
100.s2：将封盖晶圆和器件晶圆对准并加载进入晶圆键合仪，建立第一级气压环境，加载第一级键合压力和键合温度，从而使得封闭密封圈结构先完成封装，即完成第一级真空度封装，而含有缺口的密封圈结构则仍通过缺口与晶圆键合仪内腔相通；
101.s3：建立第二级气压环境，加载第二级键合压力和键合温度，致使含有缺口的密封圈结构部分转变为熔融态，回流填充缺口，最终转化为固态从而使得该密封圈结构完成封装，即完成第二级真空度封装；
102.可选地，上述晶圆级多级真空度环境封装方法，可制备两种及以上含有不同材质的含有缺口的密封圈结构，通过加载第三级或更多级的键合压力与键合温度，进一步实现三级及以上的多级真空度封装，即在s3之后增加s4等步骤。
103.本发明实施例提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法，与现有技术相比，至少存在以下优点：
104.(1)通过在同一晶圆上使用不同密封圈结构，可实现晶圆级大跨度多级真空度环境封装，克服了以往方法或只能实现单一种类气压封装，或通过使用吸气剂只能在较高真空基础上修调而无法实现大跨度气压封装的局限性；
105.(2)结构简单，且采用标准微加工工艺流程和设备，便于规模化运用，并且密封微腔可独立制备于封盖晶圆，最大限度减少了对器件晶圆现有制备工艺的影响；
106.(3)具有单步键合实现晶圆级大跨度气压封装的突出优点，且工艺灵活，可精准、高效为不同封装真空度需求的微纳器件实现晶圆级集成与封装，为未来实现多器件晶圆级片上集成提供新的解决方案。
107.本发明提出的晶圆级多级真空度环境封装方法可为不同mems/纳机电系统(nano-electromechanical systems，nems)器件实现晶圆级多功能、微型化、低成本片上集成提供关键封装技术解决方法，有望促进我国封装领域产业升级。
108.下面对本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装装置进行描述，下文描述的晶圆级多级真空度环境的封装装置与上文描述的晶圆级多级真空度环境的封装方法可相互对应参照。
109.图6是本发明提供的晶圆级多级真空度环境的封装装置的结构示意图，如图6所示，晶圆级多级真空度环境的封装装置600包括：晶圆601、以及设置在所述晶圆601上的n个待封装器件602和m种密封圈603，所述m种密封圈603用于形成所述n个待封装器件602对应的m种待封装微腔结构604，m种密封圈603发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构604中待封装器件602对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈603中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道，所述m种密封圈603的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述m种密封圈603对应的键合压力和键合温度下发生键合，从而形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构604中待封装器件602对应的需求真
空度环境，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数。
110.在本发明实施例提供的晶圆级多级真空度环境的封装装置中，在同一晶圆上设置了在不同温度发生键合的密封圈，并在至少一个第一密封圈上设置有至少一个通气道，对于第一密封圈来说，可以在通过通气道对待封装器件所在的待封装微腔结构建立需求真空度环境的情况下，采用第一密封圈对应的键合压力和键合温度对第一密封圈进行封装，具体是通过键合温度使第一密封圈部分材料发生熔融态转变，回流填充了通气道，并在键合温度和压力的作用下使得第一密封圈材料最终转变为固态从而完成键合，以对待封装器件对应的待封装微腔结构进行封装，而未发生键合的第一密封圈仍然可以通过设置的通气道建立对应的需求真空度环境，并同上原理进行封装，可以实现晶圆级大跨度多级真空度环境封装，克服了现有方法只能实现统一要求的单一真空度环境封装的问题，并且设置的结构简单，且可以采用标准微加工工艺流程和设备，便于规模化运用，并且密封微腔可独立制备于封盖晶圆，最大限度减少了对器件晶圆现有制备工艺的影响。
111.可选地，所述m种密封圈中还包括第二密封圈，所述第二密封圈呈完整闭合状，所述第二密封圈作为封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈；
112.可选地，所述m种待封装微腔结构是按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序依次执行封装操作；
113.其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装。
114.可选地，所述晶圆包括器件晶圆和封盖晶圆，所述n个待封装器件设置在所述器件晶圆上，所述下密封圈结构设置在所述器件晶圆上，所述上密封圈结构设置在所述封盖晶圆上，所述上密封圈结构与所述下密封圈结构对应设置。
115.可选地，所述上密封圈结构和所述下密封圈结构的材料相同或者不同。
116.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的晶圆级多级真空度环境的封装方法，该方法包括：
117.通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数；其中，所述m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道；
118.按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对所述m种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；
119.其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，所述当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述键合压力和键合温度下发生键合。
120.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可
以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
121.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
122.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，包括：通过设置m种密封圈，在预先设置的晶圆上形成n个待封装器件对应的m种待封装微腔结构，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数；其中，所述m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道；按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对所述m种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，所述当前密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述键合压力和键合温度下发生键合。2.根据权利要求1所述的晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，所述m种密封圈中还包括第二密封圈，所述第二密封圈呈完整闭合状，所述第二密封圈作为封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈。3.根据权利要求1或2所述的晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体包括：建立所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；在所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装。4.根据权利要求1或2所述的晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，对于所述当前待封装微腔结构，所述执行封装操作具体包括：在所述当前待封装微腔结构中设置吸气剂；其中，所述吸气剂用于在温度大于或等于预先设置的阈值的情况下吸收气体；在预先设置的当前真空度环境下，基于所述当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装，形成所述当前待封装微腔结构对应的当前密封结构；其中，所述当前真空度环境的气压高于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境；对所述当前密封结构设置大于或等于所述阈值的键合温度，形成对应于所述当前待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境的密封结构。5.根据权利要求1或2所述的晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，所述晶圆包括器件晶圆和封盖晶圆，所述n个待封装器件设置在所述器件晶圆上，所述下密封圈结构设置在所述器件晶圆上，所述上密封圈结构设置在所述封盖晶圆上，所述上密封圈结构与所述下密封圈结构对应设置。6.根据权利要求5所述的晶圆级多级真空度环境的封装方法，其特征在于，所述上密封圈结构和所述下密封圈结构的材料相同或者不同。7.一种晶圆级多级真空度环境的封装装置，其特征在于，包括：晶圆、以及设置在所述晶圆上的n个待封装器件和m种密封圈，所述m种密封圈用于形成所述n个待封装器件对应的
m种待封装微腔结构，m种密封圈发生键合的第一温度与所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，所述m种密封圈中包括至少一个第一密封圈，所述第一密封圈包括至少一个通气道，所述m种密封圈的上密封圈结构和下密封圈结构之间在所述m种密封圈对应的键合压力和键合温度下发生键合，从而形成包括m种密封结构的多级真空度环境微腔，所述包括m种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境，n为大于1的整数，m为大于1且小于或等于n的整数。8.根据权利要求7所述的晶圆级多级真空度环境的封装装置，其特征在于，所述m种密封圈中还包括第二密封圈，所述第二密封圈呈完整闭合状，所述第二密封圈作为封装优先级最高的待封装器件对应的密封圈。9.根据权利要求7或8所述的晶圆级多级真空度环境的封装装置，其特征在于，所述m种待封装微腔结构是按照所述m种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序依次执行封装操作；其中，对于所述m种待封装微腔结构中当前执行封装操作的当前待封装微腔结构，所述执行封装操作包括：基于所述当前待封装微腔结构的当前密封圈对应的键合压力和键合温度，对所述当前待封装微腔结构进行封装。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述晶圆级多级真空度环境的封装方法。

技术总结
本发明提供一种晶圆级多级真空度环境的封装方法、装置及介质，涉及微系统及微纳器件技术领域，方法包括：通过设置M种密封圈，在预先设置的晶圆上形成N个待封装器件对应的M种待封装微腔结构，M种密封圈发生键合的第一温度与M种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级的顺序呈负相关，M种密封圈中包括至少一个第一密封圈，第一密封圈包括至少一个通气道；按照M种待封装微腔结构中待封装器件对应的封装优先级从高到低的顺序，对M种待封装微腔结构依次执行封装操作，形成包括M种密封结构的多级真空度环境微腔，包括M种密封结构的多级真空度环境微腔的真空度环境，为预先设置的M种待封装微腔结构中待封装器件对应的需求真空度环境。求真空度环境。求真空度环境。


技术研发人员：王晓晶 罗晓亮 崔辛 张佩佩 王浩旭 梁秀兵 胡振峰
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/17