半導(dǎo)體器件及其封裝方法

專利名稱：半導(dǎo)體器件及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及其封裝方法。
背景技術(shù)：
CSP (Chip Scale Package,芯片級(jí)封裝)作為最新一代的芯片封裝技術(shù),CSP封裝的產(chǎn)品具有體積小、電性能好和熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。WCSP(Wafer_Level Chip Scale Package,圓片級(jí)芯片級(jí)封裝)作為芯片級(jí)封裝的一種，是先在圓片上進(jìn)行封裝，并以圓片的形式進(jìn)行測試，老化篩選，其后再將圓片分割成單一的CSP電路。公開號(hào)為CN1630029A的中國專利中公開了一種圓片級(jí)CSP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，請(qǐng)參見圖1，包括半導(dǎo)體基底11，所述半導(dǎo)體基底11上具有焊盤12 ;位于所述半導(dǎo)體基底11表面的鈍化層14，所述鈍化層14具有暴露焊盤12表面的開口 ；位于部分鈍化層14表面以及開口內(nèi)的再布線層16，再布線層16與焊盤12相連接；位于所述開口外的再布線層16表面的柱狀電極17 ;覆蓋所述再布線層16和部分鈍化層14表面的絕緣層，絕緣層的表面與柱狀電極17的表面平齊；位于柱狀電極17表面的焊接凸點(diǎn)21。上述的半導(dǎo)體器件中的焊接凸點(diǎn)位于柱狀電極的一個(gè)端面上，容易從柱狀電極的端面脫落。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其封裝方法，用以解決現(xiàn)有半導(dǎo)體器件中焊接凸點(diǎn)容易從柱狀電極的端面脫落的問題。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體基底和柱狀電極，所述半導(dǎo)體基底上具有焊盤，所述焊盤與所述柱狀電極的一端電連接，所述柱狀電極外側(cè)裹覆焊接凸點(diǎn)，且所述焊接凸點(diǎn)覆蓋所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離所述焊盤的端面。本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成與所述焊盤電連接的柱狀電極，且所述柱狀電極靠近焊盤的端面與所述焊盤電連接；將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料
裹覆；回流柱狀電極外側(cè)裹覆的所述焊料，形成焊接凸點(diǎn)。本發(fā)明提供的上述方案，使焊接凸點(diǎn)裹覆在柱狀電極的外側(cè)，使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極形成了類似插銷的結(jié)構(gòu)，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗝娼佑|，接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)受到的可接受外力大大增強(qiáng)，進(jìn)而提高了焊接凸點(diǎn)與柱狀電極結(jié)合的可靠性。


參照下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的說明，會(huì)更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法的流程圖；圖5-圖14為實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例三提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法制作半導(dǎo)體器件過程中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明半導(dǎo)體基底-100 ；焊盤-101 ；鈍化層-102 ；耐熱金屬層-103 ；金屬浸潤層-104 ；第一掩膜-105 ；柱狀電極-106 ;第二掩膜-107;焊料槽-108;焊接凸點(diǎn)109。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體基底100和柱狀電極106，半導(dǎo)體基底100上具有焊盤101，焊盤101與柱狀電極106的一端電連接，柱狀電極106外側(cè)裹覆焊接凸點(diǎn)109，且焊接凸點(diǎn)109覆蓋柱狀電極106的周面及遠(yuǎn)離焊盤101的端面。上述方案，使焊接凸點(diǎn)109裹覆在柱狀電極106的外偵彳，使焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106形成了類似插銷的結(jié)構(gòu)，焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗝娼佑|，接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)109受到的可接受外力大大增強(qiáng)，進(jìn)而提高了焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106結(jié)合的可靠性。也即使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106不易相互脫離。具體地，基于上述實(shí)施例，在實(shí)際使用中，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體基底100，該半導(dǎo)體基底100上具有多個(gè)焊盤101，在半導(dǎo)體基底100上形成有鈍化層102，鈍化層102全部或部分暴露各焊盤101的頂部表面，在各焊盤101裸露的表面及鈍化層102表面上形成耐熱金屬層103,耐熱金屬層103與焊盤101電導(dǎo)通,在耐熱金屬層103上堆疊形成金屬浸潤層104。在金屬浸潤層104上設(shè)置柱狀電極106,且使柱狀電極106的一個(gè)端面與金屬浸潤層104接觸以實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通。其中，耐熱金屬層103與金屬浸潤層104為形成柱狀電極106的種子層，可以防止形成柱狀電極106時(shí)，柱狀電極106中的金屬向焊盤101中擴(kuò)散，另外還加強(qiáng)了柱狀電極106與焊盤101間的結(jié)合力。在柱狀電極106外側(cè)裹覆焊接凸點(diǎn)109，且焊接凸點(diǎn)109覆蓋柱狀電極106的周面及遠(yuǎn)離焊盤101的端面，使柱狀電極106與焊接凸點(diǎn)109形成了類似插銷的結(jié)構(gòu)。將焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗝娼佑|，接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)109受到的可接受外力大大增強(qiáng)，進(jìn)而提高了焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106結(jié)合的可靠性。也即使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106不易相互脫離。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，在柱狀電極106遠(yuǎn)離所述焊盤101的端面設(shè)置有凹槽，焊接凸點(diǎn)109具有與凹槽吻合配合的凸起部。設(shè)置凹槽可以使焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的結(jié)合力更強(qiáng)。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，凹槽的寬度從其開口處至其底部逐漸減小。這樣，在凹槽中填充焊料時(shí)，凹槽中不會(huì)產(chǎn)生空隙、氣泡，提高了焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間連接的可靠性。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，凹槽的深度為柱狀電極106高度的O. 59Γ99. 5%，使得凹槽能深入柱狀電極106中一定的深度，焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106構(gòu)成的插銷結(jié)構(gòu)的結(jié)合力更強(qiáng)，凹槽未貫穿柱狀電極106，進(jìn)而不會(huì)影響柱狀電極106底部與焊盤101或金屬浸潤層104之間的結(jié)合力。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，各柱狀電極106106中凹槽的數(shù)量為I個(gè)，且凹槽的半徑為柱狀電極106半徑的1°/Γ100%，這樣使得凹槽在與柱狀電極106接觸面積增大的同時(shí)與柱狀電極106的側(cè)壁保持一定的機(jī)械強(qiáng)度，有利于提高焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的結(jié)合力，使得焊接凸點(diǎn)109受到的可接受外力(也即使焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106脫離的力)大大的增強(qiáng)，焊接凸點(diǎn)109不易從柱狀電極106上脫落。具體地，凹槽的中心與柱狀電極106的中心重合，使得凹槽與柱狀電極106106在各個(gè)方向的結(jié)合力保持均勻。凹槽的外側(cè)側(cè)壁的橫截面剖面形狀為圓、多邊形、正多邊形或者其他規(guī)則或不規(guī)則的圖形。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，各柱狀電極106的端面均布設(shè)多個(gè)所述凹槽。各柱狀電極106上的多個(gè)凹槽在柱狀電極106的端面呈直線分布、矩陣分布、同心圓分布、同心圓環(huán)分布、多邊形分布、若干射線或者不規(guī)則分布。直線分布包括通過柱狀電極106中心的單直線分布、通過柱狀電極106中心的多直線分布、通過柱狀電極106中心的等角度的多直線分布、平行直線分布。多邊形分布包括正多邊形分布和非正多邊形分布。當(dāng)凹槽的數(shù)量大于一個(gè)時(shí)，使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106的接觸面積進(jìn)一步增大，從而使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的結(jié)合力進(jìn)一步增大，凹槽在柱狀電極106中呈規(guī)則的分布，使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106的結(jié)合力分布均勻。需要說明的是，前述各種分布方式是指各凹槽(或各填充部)中心連線構(gòu)成的圖形。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，焊接凸點(diǎn)109和柱狀電極106之間還形成有金屬阻擋層(圖中未示出)，金屬阻擋層形成在柱狀電極106的周面及遠(yuǎn)離焊盤101的端面。相應(yīng)地，柱狀電極106中的凹槽表面也形成有金屬阻擋層，金屬阻擋層的厚度小于凹槽的半徑，使得焊接凸點(diǎn)109和柱狀電極106之間的整體結(jié)合、浸潤效果更好。金屬阻擋層的材料主要為鎳錫的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳銀的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳金的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳和錫合金的雙層結(jié)構(gòu)，鎳能夠避免焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106直接接觸時(shí)不良金屬間化合物的產(chǎn)生而造成的脆化、剝離現(xiàn)象，大大提升了產(chǎn)品的可靠性。
上述各實(shí)施例中耐熱金屬層103至少包括鈦元素、鉻元素和鉭元素中的任一種。金屬浸潤層104至少包括金元素、銀元素、銦元素和錫元素中的任一種。柱狀電極106的材料為銅。圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法的流程圖，如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括SlOl :在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成與所述焊盤電連接的柱狀電極，且所述柱狀電極靠近焊盤的端面與所述焊盤電連接；S102:將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹覆；S103 :回流柱狀電極外側(cè)裹覆的所述焊料，形成焊接凸點(diǎn)。上述方案，使焊接凸點(diǎn)裹覆在柱狀電極的外側(cè)，使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極形成了類似插銷的結(jié)構(gòu)，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗝娼佑|，接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)受到的可接受外力大大增強(qiáng)，進(jìn)而提高了焊接凸點(diǎn)與柱狀電極結(jié)合的可靠性。也即使得焊接凸點(diǎn)與柱狀電極不易相互脫離。其中，柱狀電極的材料為銅。焊料槽中至少包含錫元素。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹覆之前，還包括在柱狀電極遠(yuǎn)離焊盤的端面形成凹槽。設(shè)置凹槽可以使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極之間的結(jié)合力更強(qiáng)。其中，凹槽的深度為所述柱狀電極高度的O. 59Γ99. 9%。其中，凹槽的寬度從其開口處至其底部逐漸減小。這樣，在凹槽中填充焊料時(shí)，凹槽中不會(huì)產(chǎn)生空隙、氣泡，提高了焊接凸點(diǎn)與柱狀電極之間連接的可靠性。各金屬電極上的凹槽的數(shù)量為I個(gè)，且凹槽的半徑為所述柱狀電極半徑的19Γ100%?；蛘?，各柱狀電極的端面布設(shè)多個(gè)所述凹槽。多個(gè)所述凹槽在柱狀電極的端面呈直線分布、矩陣分布、同心圓分布、同心圓環(huán)分布、多邊形分布或者不規(guī)則分布。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，在柱狀電極遠(yuǎn)離焊盤的端面形成凹槽，具體為在柱狀電極上方形成第二掩膜，第二掩膜具有暴露出所述柱狀電極端面的第二開口 ；沿第二開口在柱狀電極的端面蝕刻形成凹槽。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，沿第二開口在柱狀電極的端面蝕刻形成凹槽之后，還包括去除第二掩膜。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成與焊盤電連接的柱狀電極，且柱狀電極靠近焊盤的端面與焊盤電連接，具體為在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成暴露焊盤的鈍化層；在鈍化層上依次形成覆蓋焊盤的耐熱金屬層和金屬浸潤層，且耐熱金屬層和金屬浸潤層均與焊盤電導(dǎo)通；在金屬浸潤層上形成柱狀電極。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，在金屬浸潤層上形成柱狀電極，具體為在所述金屬浸潤層上形成第一掩膜，第一掩膜具有暴露出所述焊盤上方的所述金屬浸潤層的第一開口 ；在第一開口中的金屬浸潤層上形成柱狀電極。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，在金屬浸潤層上形成柱狀電極之后，還包括以柱狀電極為掩膜，去除鈍化層表面的部分耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露。其中，耐熱金屬層至少包括鈦元素、鉻元素和鉭元素中的任一種。金屬浸潤層至少
7包括金元素、銀元素、銦元素和錫元素中的任一種。進(jìn)一步地，基于上述實(shí)施例，將柱狀電極浸入焊料槽，使柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊 盤的端面均被焊料裹覆之前，還包括在柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面形成金屬阻擋層。金屬阻擋層的材料主要為鎳錫的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳銀的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳金的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳和錫合金的雙層結(jié)構(gòu)，鎳能夠避免焊接凸點(diǎn)與柱狀電極直接接觸時(shí)不良金屬間化合物的產(chǎn)生而造成的脆化、剝離現(xiàn)象，大大提升了產(chǎn)品的可靠性。圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法的流程圖，如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括S201 :在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成暴露所述焊盤的鈍化層；S202 :在所述鈍化層上依次形成覆蓋所述焊盤的耐熱金屬層和金屬浸潤層，且所述耐熱金屬層和所述金屬浸潤層均與所述焊盤電導(dǎo)通；S203:在所述金屬浸潤層上形成第一掩膜，所述第一掩膜具有暴露出所述焊盤上方的所述金屬浸潤層的第一開口；S204 :在所述第一開口中的金屬浸潤層上形成所述柱狀電極；S205 :去除第一掩膜；S206 :在所述柱狀電極上方形成第二掩膜，所述第二掩膜具有暴露出所述柱狀電極端面的第二開口；S207 :沿所述第二開口在所述柱狀電極的端面蝕刻形成凹槽；S208 :去除所述第二掩膜；S209 :在柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面形成金屬阻擋層；S210:以所述柱狀電極為掩膜，去除所述鈍化層表面的部分所述耐熱金屬層和金屬浸潤層至所述鈍化層裸露；S211 :將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹覆；S212 :回流柱狀電極外側(cè)裹覆的所述焊料，形成焊接凸點(diǎn)。具體地，圖5-圖14為實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例三提供的半導(dǎo)體器件的封裝方法制作半導(dǎo)體器件過程中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。下面將結(jié)合圖5-圖14對(duì)上述形成步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述。首先，請(qǐng)參見圖4，提供半導(dǎo)體基底100，半導(dǎo)體基底100上具有若干焊盤101，圖4中僅示出一個(gè)焊盤101進(jìn)行示例；在半導(dǎo)體基底100上形成鈍化層102，鈍化層102具有暴露焊盤101表面的開口。焊盤101作為電性傳輸端子，并最終通過后續(xù)形成的柱狀電極106、焊接凸點(diǎn)109實(shí)現(xiàn)電性功能的傳導(dǎo)；焊盤101由鋁、銅、金或者銀等材料構(gòu)成，焊盤101既可位于半導(dǎo)體基底100的表面，也可以位于半導(dǎo)體基底100中。本實(shí)施例中僅示出一個(gè)焊盤101位于位于半導(dǎo)體基底100表面作為示例。鈍化層102用于保護(hù)半導(dǎo)體基底100上形成的線路，鈍化層102的材料為氮化硅、硼娃玻璃、磷娃玻璃或硼磷娃玻璃或聚酰亞胺(polyimide)等。鈍化層102中形成的開口暴露焊盤101的全部或部分表面。鈍化層102為一層或多層的堆疊結(jié)構(gòu)。需要說明的是，焊盤101和鈍化層102都可以是原始焊盤和原始鈍化層，也可以是根據(jù)線路不吐設(shè)計(jì)需要而形成的過渡焊盤、鈍化層；形成過渡焊盤、鈍化層的方式主要是采取再布線工藝技術(shù)，通過一層或多層再布線將原始焊盤、原始鈍化層轉(zhuǎn)移到過渡焊盤、鈍化層上。再布線工藝技術(shù)為現(xiàn)有成熟工藝，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。接著，請(qǐng)參見圖6，在焊盤101和鈍化層102的表面相繼形成耐熱金屬層103和金屬浸潤層104。耐熱金屬層103和金屬浸潤層104作為種子層為后續(xù)電鍍形成柱狀電極106作供電準(zhǔn)備，還可以防止后續(xù)形成的柱狀電極106中的金屬向焊盤101中擴(kuò)散及加強(qiáng)柱狀電極金屬與焊盤101間的結(jié)合力。耐熱金屬層103的材料可以是鈦、鉻、鉭中的一種或它們的組合；金屬浸潤層104的材料可以是銅、鋁、鎳中的一種或它們的組合。耐熱金屬層103和金屬浸潤層104采用濺射、蒸發(fā)或物理氣相沉積的方法工藝形成，其中較優(yōu)的方法為濺射；當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，形成的方法不僅限于濺射方法，其他適用的方法可應(yīng)用于本發(fā)明，并且形成的耐熱金屬層103和金屬浸潤層104的厚度也是根據(jù)實(shí)際的工藝需求而定。接著，請(qǐng)參見圖7和圖8，在金屬浸潤層104上形成第一掩膜105，第一掩膜105設(shè)有第一開口曝露出焊盤101上方的金屬浸潤層104 ;在第一開口中的金屬浸潤層104上形成柱狀電極106。第一掩膜105可以是光刻膠、干膜、濕膜等,本實(shí)施例優(yōu)選光刻膠,在金屬浸潤層104上形成光刻膠的方法可以是旋轉(zhuǎn)涂布；形成第一掩膜105即光刻膠后，具體可通過現(xiàn)有光刻顯影技術(shù)使得第一掩膜105中形成第一開口，第一開口曝露出焊盤101上方的金屬浸潤層104 ;第一開口的寬度可以大于鈍化層102中相應(yīng)焊盤101開口位置的寬度，也可以等于、或小于相應(yīng)焊盤101開口位置的寬度；后續(xù)采用電鍍工藝在第一開口中的金屬浸潤層104上形成柱狀電極106，柱狀電極106的材料為銅。接著，請(qǐng)參見圖9，去除第一掩膜105，在金屬浸潤層104和柱狀電極106表面形成第二掩膜107，第二掩膜107設(shè)有至少一個(gè)曝露出柱狀電極106頂部表面的第二開口，為后續(xù)在柱狀電極106的頂部表面形成蝕刻凹槽做準(zhǔn)備。去除第一掩膜層105的工藝為濕法蝕刻工藝或灰化工藝。第二掩膜107與第一掩膜105類似，也可以是光刻膠、干膜、濕膜等，在此不再贅述。第二開口的數(shù)量可以是I個(gè)或多個(gè)(設(shè)置多個(gè)第二開口圖中未示出)，為后續(xù)相應(yīng)形成I個(gè)或多個(gè)蝕刻凹槽做準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)诙_口的數(shù)量是I個(gè)時(shí)，第二開口的寬度可以是柱狀電極106寬度的1% 100%。接著，請(qǐng)參見圖10，沿第二開口在柱狀電極106表面蝕刻形成凹槽，凹槽的開口寬度與第二開口的寬度相一致，凹槽的數(shù)量與第二開口的數(shù)量相匹配，形成凹槽后去除剩余的第二掩膜107。蝕刻柱狀電極106的工藝為反應(yīng)離子蝕刻工藝或濕法蝕刻工藝，等離子蝕刻工藝采用的氣體為氯氣，濕法蝕刻采用的溶液為稀釋的硫酸溶液或雙氧水與硫酸的混合溶液或其他合適的蝕刻溶液。柱狀電極106中形成的凹槽的深度為柱狀電極106高度的
O.59Γ99. 5%，使得凹槽中的填充部深入柱狀電極106中一定的深度，焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106構(gòu)成的插銷結(jié)構(gòu)的結(jié)合力更強(qiáng)。從凹槽的開口到底部，凹槽的寬度逐漸減小，后續(xù)在凹槽中填充焊料時(shí)，在凹槽中不會(huì)產(chǎn)生空隙、氣泡，提高焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的可靠性。凹槽的側(cè)壁的形狀可以為階梯狀、斜直線或者斜弧線等。蝕刻時(shí)，通過控制偏置功率的大小或者蝕刻溶液的濃度以形成上部分寬度大、下部分寬度較小的凹槽。凹槽的底部形狀為平面、弧面、或者不規(guī)則的平面。凹槽的橫截面圖形為圓、多邊形、正多邊形或者其他規(guī)則或不規(guī)則的圖形，本實(shí)施例中所述凹槽的橫截面圖形為圓。作為一具體的實(shí)施方式，柱狀電極106中凹槽的數(shù)量為I個(gè)，凹槽的半徑為柱狀電極106半徑的1°/Γ100%，使得凹槽在與柱狀電極106接觸面積增大的同時(shí)與柱狀電極106的側(cè)壁保持一定的機(jī)械強(qiáng)度，有利于提高焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的結(jié)合力，使得焊接凸點(diǎn)109受到的可接受外力(也即使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極脫離的力)大大的增強(qiáng)，焊接凸點(diǎn)109不易從柱狀電極106上脫落。在另一具體的實(shí)施方式中，凹槽的數(shù)量大于I個(gè)(圖中未示出)時(shí)，凹槽在柱狀電極106中獨(dú)立分布，凹槽在柱狀電極106中呈直線分布、矩陣分布、同心圓分布、同心圓環(huán)分布、多邊形分布、若干射線或者不規(guī)則分布。直線分布包括通過柱狀電極106中心的單直線分布、通過柱狀電極106中心的多直線分布、通過柱狀電極106中心的等角度的多直線分布、平行直線分布；多邊形分布包括正多邊形分布和非正多邊形分布。當(dāng)凹槽的數(shù)量大于一個(gè)時(shí)，使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106的接觸面積進(jìn)一步增大，從而使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106之間的結(jié)合力進(jìn)一步增大，凹槽在柱狀電極106中呈規(guī)則的分布，使得焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106的結(jié)合力分布均勻。需要說明的是，前述各種分布方式是指各凹槽或各填充部中心連線構(gòu)成的圖形。去除所述第二掩膜107的方法與去除第一掩膜105的工藝相似，可以是濕法蝕刻工藝或灰化工藝。隨后，可以在柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面形成金屬阻擋層(圖中未示出)。金屬阻擋層用于防止焊接凸點(diǎn)109和柱狀電極106直接接觸時(shí)在接觸面形成脆性的銅錫金屬間化合物而影響焊點(diǎn)的可靠性?，F(xiàn)有技術(shù)中的焊接凸點(diǎn)109和柱狀電極106直接接觸時(shí)，在高溫的環(huán)境中，柱狀電極106中的銅會(huì)迅速向焊接凸點(diǎn)109的錫中擴(kuò)散，在柱狀電極106和焊接凸點(diǎn)109接觸界面形成銅錫金屬間化合物，由于銅錫金屬間化合物脆性較大，會(huì)降低接觸界面的機(jī)械強(qiáng)度，引起焊點(diǎn)在金屬間化合物和焊料邊界上的損傷或開裂，影響焊接的可靠性。金屬阻擋層為鎳錫的雙層結(jié)構(gòu)、鎳銀的雙層結(jié)構(gòu)、鎳金的雙層結(jié)構(gòu)或鎳和錫合金的雙層結(jié)構(gòu)，錫層、銀層、金層或錫合金層形成在鎳層的表面，用于防止鎳的氧化，鎳有利于防止銅向外的擴(kuò)散，即使有部分銅向鎳中擴(kuò)散，形成的鎳銅化合物具有較高的強(qiáng)度和良好的熱電性，因此不會(huì)帶來現(xiàn)有的接觸界面的機(jī)械強(qiáng)度降低和焊接損傷等問題。金屬阻擋層的厚度小于凹槽的半徑，防止金屬阻擋層堵塞凹槽。形成金屬阻擋層的方法可以是電鍍工藝，利用耐熱金屬層103和金屬浸潤層104作為供電層，使裸露的金屬表面電鍍形成金屬阻擋層。另外，形成金屬阻擋層的方法還可以是化鍍工藝，具體地可以在后繼步驟去除耐熱金屬層103和金屬浸潤層104之后、以及物理浸鍍形成焊接凸點(diǎn)109之前將柱狀電極106浸入到化學(xué)溶液中，利用化學(xué)置換反應(yīng)原理使柱狀電極106表面被鍍上金屬阻擋層。
在形成金屬阻擋層的過程中，可以采用超聲波震蕩，防止鍍液中的氣泡堵塞凹槽而影響金屬阻擋層的形成。超聲波的頻率大于20KHz。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，金屬阻擋層還可以采用濺射工藝形成。然后，請(qǐng)參考圖11，以柱狀電極106為掩膜，去除鈍化層102表面的部分耐熱金屬層103和金屬浸潤層104至鈍化層102裸露。去除耐熱金屬層103和金屬浸潤層104的工藝為干法蝕刻工藝或濕法蝕刻工藝，在去除部分所述耐熱金屬層103和金屬浸潤層104時(shí)，柱狀電極106表面可以作為掩膜，使得柱狀電極106下方的耐熱金屬層103和金屬浸潤層104得以保留，進(jìn)而使焊盤101上方依次堆疊形成耐熱金屬層103、金屬浸潤層104和柱狀電極106的柱狀結(jié)構(gòu)。最后，請(qǐng)參見圖12 圖14，將帶有凹槽的柱狀電極106浸入焊料槽中，使柱狀電極106表面被焊料裹覆，焊料同時(shí)填充滿于凹槽中，回流柱狀電極106表面的焊料，形成焊接凸點(diǎn)109。具體的，可以采用物理浸鍍的方式，將半導(dǎo)體基底100帶有柱狀電極106的面朝下浸入到焊料槽108中，如圖12所示；裸露的金屬表面在沾取到焊料后取出，利用表面張力的原理，使裸露的金屬表面即耐熱金屬層103、金屬浸潤層104和柱狀電極106的裸露表面都被焊料所裹覆，焊料同時(shí)填充滿于凹槽中，形成如圖13所示的結(jié)構(gòu)；待焊料凝固后，翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體基底100使柱狀電極106面朝上，對(duì)焊料進(jìn)行回流形成焊接凸點(diǎn)109。焊接凸點(diǎn)109與柱狀電極106構(gòu)成一種類似插銷的結(jié)構(gòu)，大大增加了兩者間的接觸面積和結(jié)合力；同時(shí)，柱狀電極106、金屬浸潤層104和耐熱金屬層103裸露的側(cè)壁表面也被焊料覆蓋，可以有效防止柱狀電極106的銅質(zhì)表面氧化而影響焊接強(qiáng)度的問題，耐熱金屬層103和金屬浸潤層104的側(cè)壁表面被焊料封住也可以避免濕氣進(jìn)入造成分層等可靠性問題，使得整個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性強(qiáng)度大大增強(qiáng)。焊料槽中的焊料至少包含錫元素，如純錫或錫合金?；亓鞴に嚢崽幚砉に?。綜上，本發(fā)明上述實(shí)施例，形成半導(dǎo)體器件的柱狀電極，柱狀電極的頂部表面設(shè)有凹槽，在柱狀電極上形成焊接凸點(diǎn)，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極構(gòu)成一種類似插銷的結(jié)構(gòu)，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗥矫娼佑|，焊接凸點(diǎn)不但與柱狀電極的頂部表面接觸，而且與柱狀電極的內(nèi)部有接觸，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極的接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)受到的可接受外力(也即使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極脫離的力)大大的增強(qiáng)，焊接凸點(diǎn)不易從柱狀電極上脫落，并且凹槽只位于柱狀電極中使得柱狀電極底部與焊盤結(jié)合力不會(huì)受到影響；同時(shí)，柱狀電極、金屬浸潤層和耐熱金屬層裸露的側(cè)壁表面也被焊料覆蓋，可以有效防止柱狀電極的銅質(zhì)表面氧化而影響焊接強(qiáng)度的問題，耐熱金屬層和金屬浸潤層的側(cè)壁表面被焊料封住也可以避免濕氣進(jìn)入造成分層等可靠性問題，使得整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性強(qiáng)度大大增強(qiáng)。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體基底和柱狀電極，所述半導(dǎo)體基底上具有焊盤，所述焊盤與所述柱狀電極的一端電連接，其特征在于，所述柱狀電極外側(cè)裹覆焊接凸點(diǎn)，且所述焊接凸點(diǎn)覆蓋所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離所述焊盤的端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述柱狀電極遠(yuǎn)離所述焊盤的端面設(shè)置有凹槽，所述焊接凸點(diǎn)具有與所述凹槽吻合配合的凸起部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述凹槽的寬度從其開口處至其底部逐漸減小；和/或，所述凹槽的深度為所述柱狀電極高度的O. 59Γ99. 9% ；和/或，所述凹槽的數(shù)量為I個(gè)，且所述凹槽的半徑為所述柱狀電極半徑的1°/Γ100%;和/或，所述柱狀電極的材料為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述柱狀電極的端面布設(shè)多個(gè)所述凹槽，多個(gè)所述凹槽在所述柱狀電極的端面呈直線分布、矩陣分布、同心圓分布、同心圓環(huán)分布、多邊形分布或者不規(guī)則分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述焊盤與所述柱狀電極之間設(shè)置有相互堆疊的金屬浸潤層和耐熱金屬層，所述金屬浸潤層與所述柱狀電極的端面連接，所述耐熱金屬層與所述焊盤的端面連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述耐熱金屬層至少包括鈦元素、鉻元素和鉭元素中的任一種；和/或，所述金屬浸潤層至少包括金元素、銀元素、銦元素和錫元素中的任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述焊接凸點(diǎn)與所述柱狀電極之間設(shè)置有金屬阻擋層，所述金屬阻擋層形成在柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬阻擋層的材料為鎳錫的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳銀的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳金的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳和錫合金的雙層結(jié)構(gòu)。
9.一種半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，包括在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成與所述焊盤電連接的柱狀電極，且所述柱狀電極靠近焊盤的端面與所述焊盤電連接；將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹回流柱狀電極外側(cè)裹覆的所述焊料，形成焊接凸點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹覆之前，還包括在所述柱狀電極遠(yuǎn)離所述焊盤的端面形成凹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述在所述柱狀電極遠(yuǎn)離所述焊盤的端面形成凹槽，具體為在所述柱狀電極上方形成第二掩膜，所述第二掩膜具有暴露出所述柱狀電極端面的第二開口 ；沿所述第二開口在所述柱狀電極的端面蝕刻形成凹槽；去除所述第二掩膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成與所述焊盤電連接的柱狀電極，且所述柱狀電極靠近焊盤的端面與所述焊盤電連接，具體為在具有焊盤的半導(dǎo)體基底上形成暴露所述焊盤的鈍化層；在所述鈍化層上依次形成覆蓋所述焊盤的耐熱金屬層和金屬浸潤層，且所述耐熱金屬層和所述金屬浸潤層均與所述焊盤電導(dǎo)通；在所述金屬浸潤層上形成所述柱狀電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述在所述金屬浸潤層上形成所述柱狀電極，具體為在所述金屬浸潤層上形成第一掩膜，所述第一掩膜具有暴露出所述焊盤上方的所述金屬浸潤層的第一開口；在所述第一開口中的金屬浸潤層上形成所述柱狀電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述在所述金屬浸潤層上形成所述柱狀電極之后，還包括以所述柱狀電極為掩膜，去除所述鈍化層表面的部分所述耐熱金屬層和金屬浸潤層至所述鈍化層裸露。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述耐熱金屬層至少包括鈦元素、鉻元素和鉭元素中的任一種；和/或，所述金屬浸潤層至少包括金元素、銀元素、銦元素和錫元素中的任一種；和/或，所述柱狀電極的材料為銅。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述凹槽的寬度從其開口處至其底部逐漸減??；和/或，所述凹槽的深度為所述柱狀電極高度的O. 59Γ99. 9%;和/或，所述凹槽的數(shù)量為I個(gè)，且所述凹槽的半徑為所述柱狀電極半徑的1°/Γ100%。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述柱狀電極的端面布設(shè)多個(gè)所述凹槽；多個(gè)所述凹槽在所述柱狀電極的端面呈直線分布、矩陣分布、同心圓分布、同心圓環(huán)分布、多邊形分布或者不規(guī)則分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述將所述柱狀電極浸入焊料槽，使所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面均被焊料裹覆之前，還包括在柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離焊盤的端面形成金屬阻擋層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述金屬阻擋層的材料為鎳錫的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳銀的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳金的雙層結(jié)構(gòu)、或鎳和錫合金的雙層結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一所述的半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征在于，所述焊料槽中的焊料至少包含錫元素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其封裝方法。其中，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體基底和柱狀電極，所述半導(dǎo)體基底上具有焊盤，所述焊盤與所述柱狀電極的一端電連接，所述柱狀電極外側(cè)裹覆焊接凸點(diǎn)，且所述焊接凸點(diǎn)覆蓋所述柱狀電極的周面及遠(yuǎn)離所述焊盤的端面。上述方案，使焊接凸點(diǎn)裹覆在柱狀電極的外側(cè)，使焊接凸點(diǎn)與柱狀電極形成了類似插銷的結(jié)構(gòu)，焊接凸點(diǎn)與柱狀電極由現(xiàn)有的單平面接觸變?yōu)槎嗝娼佑|，接觸面積增大，兩者的結(jié)合力增強(qiáng)，使得焊接凸點(diǎn)受到的可接受外力大大增強(qiáng)，進(jìn)而提高了焊接凸點(diǎn)與柱狀電極結(jié)合的可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/485GK102915981SQ20121044418
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者陶玉娟, 繆小勇 申請(qǐng)人:南通富士通微電子股份有限公司