[发明专利]键合结构及其形成方法

说明书

本申请公开了一种键合结构及其形成方法，该键合结构包括：键合层，键合层包括键合金属和晶粒细化材料，晶粒细化材料用于细化键合金属的晶粒。本申请为了解决现有技术中的键合层的机械强度较差的问题，使键合层包括键合金属和用于细化键合金属晶粒的晶粒细化材料，这样，便可以使键合金属的晶粒细化，进而可以提高键合层的机械强度，使得键合层的结构更加稳固，有效地避免了出现键合结构的键合层容易松动、脱落的问题。

技术领域

本申请涉及集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种键合结构及其形成方法。

背景技术

晶片键合技术是将两片表面清洁、原子级粗糙度的同质或异质材料经表面清洗和活化处理后，不使用任何粘接物质，在一定条件下直接贴合成一体，两片晶体通过范德华力、分子力，甚至原子力结合到一起。这种晶片键合技术是利用键合结构实现的，键合结构可以理解为一种连接元件。。

晶片键合技术有极大的优越性，通过这种技术获得的界面具有牢固、平滑、光学透明的优点，这种界面对于光器件的创新具有非常重要的意义。

在现有技术中，如图1所示，一般键合结构包括键合层1和载体层2，且键合层1仅由单一的键合金属制成，这种键合金属的晶粒较大。

本领域的技术人员已经知晓，晶粒的大小对金属材料的性能有很大的影响，下面根据晶粒的大小对金属材料的影响进行详细的分析：晶粒之间的“边界”称为晶界，而“晶界”又类似材料中的“裂纹”，那么晶粒越大则材料中的“裂纹”也就越大；其次，晶粒内部的原子排列较为规则，容易产生“滑移”，而晶界上的原子排列较为凌乱，存在许多“错位”和“劈间”，使得原子面之间不易滑移和变形，那么晶粒细小时，其内的滑移变形就较小且能被晶界有效地抑制；第三，晶粒、晶界都越细小，外来的总重荷及变形将分散到更多的晶粒上，这样便减小了该材料破损的可能性。

另外，根据Hall-Patch公式：σ_y＝σ₀+kd-1/2，式中σ_y为材料的屈服强度，σ₀为单晶体的屈服强度，d为晶粒尺寸，k为常数，且k与泰勒因子M²和剪切应力τ成正比(k∝M²τ)。上式表明，晶粒越细，枝晶间距越小，屈服强度越高，同时硬度越好。该理论运用的解释原理为位错强化机制和裂纹扩展机制。

经过分析可知，金属材料的晶粒越小，金属的强度、塑性、韧性便会越高。

然而，现有技术中的键合层1的键合金属的晶粒较大，晶粒之间的“裂纹”也就越大，这使得键合层1的机械强度较差，键合金属的晶粒内部的原子面之间容易发生滑移和变形，从而导致该键合结构容易出现键合层松动、脱落的问题。

发明内容

本申请旨在提供一种键合结构及其形成方法，以解决现有技术中键合结构的键合层的机械强度较差的问题。

为了实现上述目的，本申请的一个方面，提供了一种键合结构，包括：键合层，键合层包括键合金属和晶粒细化材料，晶粒细化材料用于细化键合金属的晶粒。

进一步地，键合金属为金属铝。

进一步地，晶粒细化材料为稀有金属。

进一步地，晶粒细化材料为金属钛。

进一步地，键合结构还包括：载体层，键合层设置在载体层上。

进一步地，载体层包括：粘附层和介质层，粘附层设置在介质层上，且键合层设置在粘附层上。

进一步地，粘附层上设置有沉积槽，且键合层设置在沉积槽内。

进一步地，键合层由键合金属和晶粒细化材料分层设置而成，且键合结构包括多层键合层。

进一步地，键合结构包括2至10层键合层。