CN202917483U - 半导体器件 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件，包括：半导体基底，所述半导体基底具有若干焊盘；位于所述焊盘上的柱状电极，所述柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合；位于所述柱状电极上的焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部上的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部。焊球与柱状电极构成类似插销的结构，提高了焊球与柱状电极之间的结合力。

Description

半导体器件

技术领域

本实用新型涉及半导体封装领域，特别涉及一种能提高焊球与柱状电极结合力的半导体器件。

背景技术

芯片级封装（Chip Scale Package，CSP）作为最新一代的芯片封装技术，CSP封装的产品具有体积小、电性能好和热性能好等优点。圆片级CSP（WCSP）作为芯片级封装的一种，是先在圆片上进行封装，并以圆片的形式进行测试，老化筛选，其后再将圆片分割成单一的CSP电路。

公开号为CN1630029A的中国专利中公开了一种圆片级CSP结构的半导体器件，请参考图1，包括：半导体基底11，所述半导体基底11上具有焊盘12；位于所述半导体基底11表面的钝化层14，所述钝化层14具有暴露焊盘12表面的开口；位于部分钝化层14表面以及开口内的再布线层16，再布线层16与焊盘12相连接；位于所述开口外的再布线层16表面的柱状电极17；覆盖所述再布线层16和部分钝化层14表面的绝缘层20，绝缘层20的表面与柱状电极17的表面平齐；位于柱状电极17表面的焊球21。

现有的半导体器件中的焊球容易从柱状电极的表面脱落。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是提供一种半导体器件，提高焊球与柱状电极之间的结合度。

为解决上述问题，本实用新型技术方案提供了了一种半导体器件，包括：半导体基底，所述半导体基底具有若干焊盘；位于所述焊盘上的柱状电极，所述柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合；位于所述柱状电极上的焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部上的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部。

可选的，从凹槽的开口到底部，所述凹槽的宽度逐渐减小。

可选的，所述凹槽的深度为本体高度的0.5%~99.5%。

可选的，所述凹槽的数量为1个，所述凹槽的半径为柱状电极本体半径的1%~99%。

可选的，所述凹槽的数量大于1个，凹槽在本体中独立分布。

可选的，所述凹槽在本体中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布。

可选的，所述半导体基底上具有钝化层，所述钝化层中具有第一开口，第一开口暴露出焊盘的全部或部分表面，第一开口的侧壁与柱状电极的外侧侧壁相接触。

可选的，所述钝化层上具有第一绝缘层，第一绝缘层的表面与柱状电极的顶部表面齐平，第一绝缘层覆盖柱状电极的侧壁。

可选的，所述钝化层上具有第一绝缘层，第一绝缘层的表面低于柱状电极的顶部表面，第一绝缘层和柱状电极的外侧侧壁之间具有第一环形刻蚀凹槽，第一环形刻蚀凹槽暴露钝化层的部分表面。

可选的，所述焊球还包括位于柱状电极本体的外侧侧壁上的裙带部，裙带部的上部分与金属凸头连接，裙带部的下部分与柱状电极两侧的部分钝化层相接触，并与第一环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第一绝缘层的表面或与第一绝缘层的表面平齐。

可选的，所述半导体基底上具有钝化层，所述钝化层具有暴露焊盘全部或部分表面的第一开口，位于部分钝化层上的再布线层，所述再布线层填充满所述第一开口，再布线层作为焊盘的一部分，柱状电极位于第一开口外的再布线层上。

可选的，位于所述钝化层上和再布线层上的第二绝缘层，第二绝缘层的表面与柱状电极的本体顶部表面齐平。

可选的，位于所述钝化层上的第二绝缘层，第二绝缘层的表面低于柱状电极的本体顶部表面，第二绝缘层和柱状电极的本体之间具有第二环形刻蚀凹槽，第二环形刻蚀凹槽暴露再布线层的部分表面。

可选的，所述焊球还包括位于柱状电极本体的外侧侧壁上的裙带部，裙带部的上部分与金属凸头连接，裙带部的下部分与柱状电极两侧的部分再布线层相连接，并与第二环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第二绝缘层的表面或与第二绝缘层的表面平齐。

可选的，所述焊球与本体之间具有金属阻挡层。

可选的，金属阻挡层的为镍锡的双层结构、镍银的双层结构、镍金的双层结构或镍和锡合金的双层结构。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有以下优点：

所述半导体器件中的柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合，柱状电极上具有焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部，焊球与柱状电极构成一种类似插销的结构，焊球与柱状电极由现有的单平面接触变为多平面接触，焊球不但与柱状电极的顶部表面接触，而且与柱状电极的内部有接触，焊球与柱状电极的接触面积增大，两者的结合力增强，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落，并且凹槽只位于本体中使得本体底部与焊盘结合力不会受到影响。

所述本体中凹槽的数量为1个，所述凹槽的半径为柱状电极本体半径的1%~99％，对应的所述填充部的数量为1个，所述填充部的半径为柱状电极本体半径的1%~99%，使得填充部与本体接触平面增大、接触面积较大的同时，使得本体的侧壁保持一定的机械强度，有利于提高焊球与柱状电极之间的结合力，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落。

所述凹槽的数量大于1个时，凹槽在本体中独立分布，所述凹槽在本体中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布，所述填充部数量和位置与凹槽的数量和位置相对应，使得焊球与柱状电极的相接触的面的数量进一步增多，接触面积也进一步增大，从而使得焊球与柱状电极之间的结合力进一步增大，填充部在本体中呈规则的分布，使得焊球与柱状电极在各个当下的结合力分布均匀。

所述焊球还包括位于柱状电极的本体外侧侧壁的裙带部“L”型的裙带部，焊球除了与本体的顶部表面和本体中的凹槽的内侧侧壁接触外，还与本体的外侧侧壁接触，使得焊球与柱状电极的接触面的数量和接触面积进一步增大，在受到外力的作用时，使得焊球受到的作用力进一步分散，提高了焊球与柱状电极之间的结合度。

附图说明

图1为现有技术圆片级结构的半导体器件的结构示意图；

图2~图4为本实用新型第一实施例半导体器件的结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例半导体器件形成方法的流程示意图；

图6~图14为本实用新型第一实施例半导体器件的形成过程的剖面结构示意图；

图15为本实用新型第二实施例半导体器件的结构示意图；

图16为本实用新型第二实施例半导体器件的形成方法流程示意图；

图17~图24为本实用新型第二实施例半导体器件的形成过程的剖面结构示意图；

图25为本实用新型第三实施例半导体器件的结构示意图；

图26为本实用新型第四实施例半导体器件的结构示意图。

具体实施方式

现有的圆片级CSP结构的半导体器件中，由于焊球只与柱状电极上表面接触，两者的接触面积较小，焊球与柱状电极的结合力较差，在受到外力的作用时，焊球容易从柱状电极的表面脱落或在焊球与柱状电极的接触面上产生裂缝，不利于后续封装工艺的进行，使得封装器件容易失效。

为解决上述问题，实用新型发明人提出一种半导体器件，所述半导体器件中的柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合，柱状电极上具有焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部，焊球与柱状电极构成一种类似插销的结构，焊球与柱状电极由现有的单平面接触变为多平面接触，焊球不但与柱状电极的顶部表面接触，而且与柱状电极的内部有接触，焊球与柱状电极的接触面积增大，两者的结合力增强，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落，并且凹槽只位于本体中使得本体底部与焊盘结合力不会受到影响。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

第一实施例

图2~图4为本实用新型第一实施例半导体器件的结构示意图，其中图3和图4为图2沿切割线AB方面的剖面图的俯视图，图3和图4中所述金属阻挡层未示出。参考图2，所述半导体器件包括：半导体基底200，位于半导体基底200上的若干焊盘201，本实施例中以一个焊盘作为示例；位于所述半导体基底200上的钝化层202，所述钝化层202具有暴露焊盘201全部或部分表面的第一开口；位于所述第一开口暴露的焊盘201上的柱状电极，所述柱状电极具有本体207和位于本体207中的凹槽，所述凹槽的开口与柱状电极的本体207顶部表面重合；位于柱状电极上的焊球217，所述焊球217具有位于柱状电极本体207顶部表面上的金属凸头216和填充满所述凹槽的填充部215；位于所述钝化层202表面的第一绝缘层208，所述第一绝缘层208的表面与本体207的顶部表面平齐或者低于本体207的顶部表面并与本体207的外侧侧壁相接触；位于焊球217和柱状电极的本体207之间的金属阻挡层212；位于柱状电极的本体207与焊盘201之间的种子层203。

本体207中的凹槽中填充焊锡形成焊球217的填充部215，本体207中的凹槽形状和位置与焊球217的填充部215的形状和位置相对应，所述凹槽的深度为本体高度的0.5%~99.5％，使得凹槽中的填充部深入本体207中一定的深度，焊球217与柱状电极构成的插销结构的结合力更强，凹槽未贯穿柱状电极的本体207，使得柱状电极的本体207底部与焊盘201（或种子层203）接触面为本体材料和焊盘材料两种材料的接触，不会影响本体207底部与焊盘201（或种子层203）之间的结合力。

从凹槽的开口到底部，所述凹槽的宽度逐渐减小，在凹槽中填充焊锡时，在凹槽中不会产生空隙（气泡），提高焊球217与柱状电极之间的可靠性，相对应的所述填充部215的宽度也逐渐减小。

在一具体的实施例中，所述本体207中凹槽的数量为1个，所述凹槽的半径为柱状电极本体半径的1%~99%，对应的所述填充部215的数量为1个，所述填充部215的半径为柱状电极本体半径的1%~99%，使得填充部215与本体207接触平面增大、接触面积较大的同时，使得本体207的侧壁保持一定的机械强度，有利于提高焊球217与柱状电极之间的结合力，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落，具体的请参考图3，图3中金属阻挡层未示出，所述柱状电极的本体207中具有1个填充部215，所述填充部的中心与柱状电极的中心重合，使得填充部215与柱状电极在各个方向的结合力保持均匀，所述填充部215的外侧侧壁的横截面剖面形状为圆、多边形、正多边形或者其他规则或不规则的图形，所述本体外侧侧壁的也可以为横截面剖面形状为圆、多边形、正多边形或者其他规则或不规则的图形。

在另一具体的实施例中，所述凹槽的数量大于1个时，凹槽在本体207中独立分布，所述凹槽在本体207中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布，所述填充部215数量和位置与凹槽的数量和位置相对应，所述填充部215的数量大于1个时，填充部215在本体207中独立分布，填充部215在本体207中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布或者不规则分布。所述直线分布包括：通过本体207中心的单直线分布、通过本体中心的多直线分布、通过本体中心的等角度的多直线分布、平行直线分布；所述多边形分布包括正多边形分布和非正多边形分布。具体的请参考图4，图3中金属阻挡层未示出，图4中以四个填充部215作为示例，所述四个填充部215在本体中呈矩形分布。当填充部215的数量大于一个时，使得焊球217与柱状电极的相接触的面的数量进一步增多，接触面积也进一步增大，从而使得焊球217与柱状电极之间的结合力进一步增大，填充部215在本体中呈规则的分布，使得焊球与柱状电极在各个当下的结合力分布均匀。需要说明的是，前述各种分布方式是指各凹槽（或各填充部）中心连线构成的图形。

请参考图5，图5为形成上述半导体器件形成方法的流程示意图，包括：

步骤S20，提供半导体基底，所述半导体基底具有若干焊盘；

步骤S21，在所述半导体基底上形成钝化层，所述钝化层具有暴露焊盘表面的第一开口；

步骤S22，在所述第一开口的侧壁和底部以及钝化层的表面形成种子层；

步骤S23，在所述种子层表面形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层具有与第一开口对应的第二开口；

步骤S24，采用电镀工艺在所述第一开口和第二开口中填充满金属，形成柱状电极的本体；

步骤S25，去除所述第一光刻胶层；以所述柱状电极为掩膜去除钝化层上的部分种子层；

步骤S26，在所述钝化层上形成第一绝缘层,所述第一绝缘层的表面与柱状电极的本体的顶部表面平齐，第一绝缘层与柱状电极的外侧侧壁相接触；

步骤S27，在所述第一绝缘层表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层中具有暴露柱状电极本体表面的至少一个第三开口，沿第三开口刻蚀去除部分厚度的所述柱状电极的本体，在本体中形成至少一个凹槽，所述本体和凹槽构成柱状电极；

步骤S28，去除所述第二光刻胶层；将印刷网板或不锈钢板置于第一绝缘层表面，所述印刷网板或不锈钢板具有暴露所述柱状电极的本体和通孔以及环形刻蚀凹槽的第四开口；

步骤S29，采用网板印刷工艺在第四开口和凹槽中填充满焊锡膏；移除所述印刷网板或不锈钢板，对所述焊锡膏进行回流工艺，在柱状电极的本体顶部上形成金属凸头，在凹槽中形成填充部，金属凸头和填充部构成焊球。

图6~图14为本实用新型第一实施例半导体器件的形成过程的剖面结构示意图，下面将结合图6~图14对上述形成步骤进行详细的描述。

首先，请参考图6，提供半导体基底200，所述半导体基底200具有若干焊盘201；在所述半导体基底200上形成钝化层202，所述钝化层202具有暴露焊盘201表面的第一开口204；在所述第一开口204的侧壁和底部以及钝化层202的表面形成种子层203。

所述半导体基底200上具有若干芯片（图中未示出），焊盘与对应的芯片相连。

所述焊盘201由铝、铜、金或者银等材料构成，所述焊盘201既可位于半导体基底200的表面，也可以位于半导体基底200中。本实施例中仅示出一个焊盘作为示例。

所述钝化层202用于保护半导体基底200上形成的芯片，所述钝化层202的材料为氮化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃或聚酰亚胺（polyimide）等。钝化层202中形成的第一开口204暴露焊盘201的全部或部分表面。所述钝化层202为一层或多层的堆叠结构。

所述种子层203作为后续电镀形成柱状电极本体时的供电层。所述种子层203为铬金属层或钛金属层或钽金属层单层结构、或者铬金属层或钛金属层或钽金属层与铜金属层或金金属层或银金属层的多层的堆叠结构，所述种子层203通过溅射工艺形成，所述种子层203还可以作为扩散阻挡层，防止后续形成的柱状电极中的金属向第一绝缘层202中的扩散及加强柱状电极金属与第一绝缘层202的附着力。

需要说明的是，后续提到的第一开口均是指形成种子层203后剩余的开口。

接着，请参考图7和图8，在所述种子层203表面形成第一光刻胶层205，所述第一光刻胶层205具有与第一开口204对应的第二开口206；在所述第一开口204和第二开口206内填充满金属，形成柱状电极的本体207。

第二开口206的形成工艺为曝光和显影工艺，所述二开口206的宽度等于第一开口204的宽度。所述第二开口206的宽度也可以大于第一开口204的宽度，后续采用电镀工艺形成柱状电极的本体时。使得柱状电极的本体部分位于绝缘层202上的种子层203表面。

所述在所述第一开口204和第二开口206内填充的金属为铜，填充金属的工艺为电镀工艺。

然后，请参考图9，去除所述第一光刻胶层205（参考图8）；以所述柱状电极207为掩膜去除钝化层202上的部分种子层203。

去除所述第一光刻胶层205的工艺为湿法刻蚀工艺或灰化工艺。去除所述部分种子层203的工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，在去除部分所述种子层203时，所述柱状电极的本体207表面可以形成掩膜层。

在本实用新型的其他实施例中，暴露的种子层还有部分位于所述钝化层表面，在刻蚀种子层时，所述本体和部分种子层表面还形成有掩膜层。

接着，请参考图10，在所述钝化层202表面形成第一绝缘层208，所述第一绝缘层208的表面与柱状电极的本体207的顶部表面平齐，第一绝缘层208与柱状电极的本体207的外侧侧壁相接触。

所述第一绝缘层208作为电性隔离层和密封材料层，所述第一绝缘层208的材料为聚苯并恶唑（polybenzoxazole，PBO）或聚酰亚胺（polyimide）等有机树脂。

形成第一绝缘层208时，还包括：对形成在钝化层202表面的第一绝缘层材料的平坦化工艺，使得形成的第一绝缘层208的表面与柱状电极的本体207的表面平齐。

本实施例中，所述第一绝缘层208的形成在柱状电极的本体207中形成凹槽之前，防止在柱状电极的本体207中形成凹槽后，在形成第一绝缘层时，第一绝缘层材料会填充凹槽，需要额外的刻蚀工艺去除凹槽中填充的第一绝缘层材料。

然后，请参考图11，在所述第一绝缘层208表面形成第二光刻胶层209，所述第二光刻胶层209中具有暴露柱状电极的本体207表面的至少一个第三开口210；沿第三开口210刻蚀去除部分厚度的所述柱状电极的本体207，在本体207中形成至少一个凹槽211，剩余的本体207和凹槽211构成柱状电极。

所述第三开口210通过曝光和显影工艺形成，第三开口210的数量、位置和形状与形成的凹槽211的数量、位置和形状相对应。所述第三开口210的数量大于等于1个，第三开口210的具体分布请参考前述半导体器件中凹槽的排布。

刻蚀所述本体207的工艺为反应离子刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，所述等离子刻蚀工艺采用的气体为氯气，湿法刻蚀采用的溶液为稀释的硫酸溶液或双氧水与硫酸的混合溶液或其他合适的刻蚀溶液。本体中207形成的凹槽211的深度为本体高度的0.5%~99.5％，使得凹槽中的填充部深入本体207中一定的深度，焊球217与柱状电极构成的插销结构的结合力更强。

从凹槽211的开口到底部，所述凹槽211的宽度逐渐减小，后续在凹槽211中填充焊锡时，在凹槽中不会产生空隙（气泡），提高焊球217与柱状电极之间的可靠性。所述凹槽211的侧壁的形状可以为阶梯状、斜直线或者斜弧线等。刻蚀时，通过控制偏置功率的大小或者刻蚀溶液的浓度以形成上部分宽度大，下部分宽度较小的凹槽211。

所述凹槽211的底部形状为平面、弧面、或者不规则的平面。

所述凹槽211的横截面图形为圆、多边形、正多边形或者其他规则或不规则的图形，本实施例中所述凹槽的横截面图形为圆。

作为一具体的实施例，所述本体207中凹槽211的数量为1个，所述凹槽211的半径为柱状电极本体半径的1%~99%，对应的后续形成的填充部的数量也为1个，使得填充部与本体接触平面增大、接触面积较大的同时，使得本体的侧壁保持一定的机械强度，有利于提高焊球与柱状电极之间的结合力，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落。

在另一具体的实施例中，所述凹槽211的数量大于1个时，凹槽211在本体207中独立分布，所述凹槽211在本体207中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布，后续形成的填充部数量和位置与凹槽的数量和位置相对应，后续形成的填充部的数量大于1个，当填充部的数量大于一个时，使得焊球与柱状电极的相接触的面的数量进一步增多，接触面积也进一步增大，从而使得焊球与柱状电极之间的结合力进一步增大，填充部在本体中呈规则的分布，使得焊球与柱状电极在各个当下的结合力分布均匀。需要说明的是，前述各种分布方式是指各凹槽（或各填充部）中心连线构成的图形。

参考图12，去除所述第二光刻胶层209（参考图11），在所述凹槽211的侧壁和底部以及本体207的顶部表面形成金属阻挡层212。

所述金属阻挡层212用于防止后续形成的焊球和柱状电极的本体207直接接触在接触面形成脆性的铜锡金属间化合物，而影响焊点的可靠性。现有技术中的焊球和柱状电极直接接触时，在高温的环境中，柱状电极中的铜会迅速向焊球的锡中扩散，在柱状电极和焊球接触界面形成铜锡金属间化合物，由于铜锡金属间化合物脆性较大，会降低接触界面的机械强度，引起焊点在金属间化合物和焊料边界上的损伤或开裂，影响焊接的可靠性。

所述金属阻挡层212为镍锡的双层结构、镍银的双层结构、镍金的双层结构或镍和锡合金的双层结构，锡层、银层、金层或锡合金层形成在镍层的表面，用于防止镍的氧化，本实施例中，所述金属阻挡层212的为镍锡的双层结构，镍有利于防止铜向外的扩散，即使有部分铜和锡向金属阻挡层212中扩散，在金属阻挡层212和柱状电极的界面形成的镍铜化合物具有较高的强度和良好的热电性，在金属阻挡层212和焊球的界面形成的镍锡化合物的较高的强度、硬度高、表面均匀，因此不会带来现有的接触界面的机械强度降低和焊接损伤等问题。

金属阻挡层212的厚度小于凹槽211的半径，防止金属阻挡层堵塞凹槽211。

所述金属阻挡层212的形成工艺为选择性化学镀工艺，选择性化学镀工艺可以选择性的在金属的表面形成金属阻挡层212。

进行选择性化学镀工艺时，可以采用超声波震荡，防止在化学镀的过程中，化学镀溶液进入通孔211时，在通孔里形成气泡，影响金属阻挡层212的形成。所述超声波的频率大于20KKz。

在进行选择性化学镀工艺时，所述化学镀腔室中可以施加大于1标准大气压的压力，使得化学镀溶液具有一个压力，化学镀溶液较易进入通孔211内，不会在通孔内形成气泡。

在本实用新型的其他实施例中，当所述化学镀不具有选择性时，化学镀后在柱状电极上形成掩膜层，接着以所述掩膜层为掩膜，去除柱状电极之外的第一绝缘层上的金属阻挡层。

在本实用新型的其他实施例中，所述金属阻挡层可以采用溅射工艺形成。

接着，请参考图13，将印刷网板或不锈钢板213置于所述第一绝缘层208表面，所述印刷网板或不锈钢板213具有暴露柱状电极的本体207顶部表面和本体中的凹槽211（参考图12）的第四开口；采用网板印刷工艺在第四开口和凹槽中填充满焊锡膏214。

具体的，所述焊锡膏214的材料为锡或锡合金。

最后，请参考图14，移除所述印刷网板或不锈钢板213（参考图13），对所述焊锡膏214（参考图13）进行回流工艺，在柱状电极的本体207的顶部上形成金属凸头216，在凹槽211（参考图12）中形成填充部215，金属凸头216和填充部215构成焊球217。

所述回流工艺包括热处理工艺。

第二实施例

参考图15，图15为本实用新型第二实施例半导体器件的结构示意图，包括：半导体基底300，所述半导体基底300上具有若干焊盘301；位于所述半导体基底300上的钝化层302，所述钝化层302具有暴露所述焊盘301全部或部分表面的第一开口；位于所述第一开口内的焊盘301上的柱状电极，所述柱状电极包括本体307和位于本体307中的凹槽，所述凹槽的开口与本体307的顶部表面平齐；位于所述钝化层302上的第一绝缘层308，所述第一绝缘层308的表面低于柱状电极的本体307的顶部表面，第一绝缘层308和柱状电极的本体外侧侧壁之间具有第一环形刻蚀凹槽；位于所述柱状电极的本体307顶部的金属凸头320、填充所述凹槽的填充部319、位于柱状电极本体307的外侧侧壁上的裙带部318，裙带部318的上部分与金属凸头320连接，裙带部318的下部分与柱状电极两侧的部分钝化层302相连接，并与第一环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第一绝缘层308的表面或与第一绝缘层308的表面平齐或者高于第一绝缘层的表面，所述金属凸头320、填充部319和裙带部318构成焊球321；还包括：位于柱状电极的本体307与焊盘301之间的种子层303，所述种子层303部分位于第一环形刻蚀凹槽内的钝化层302表面；位于焊球321和柱状电极的本体307之间的金属阻挡层313，所述金属阻挡层313部分位于第一环形刻蚀凹槽中的种子层表面。

本实施例中本体307中的凹槽的数量、尺寸和排布等请参考本实用新型第一实施例的相关描述，在此不再赘述。

本实施例与第一实施例的区别在于，所述焊球321还包括位于柱状电极的本体307外侧侧壁的裙带部“L”型的裙带部318，相比于本实用新型的第一实施例，焊球321除了与本体307的顶部表面和本体307中的凹槽的内侧侧壁接触外，还与本体307的外侧侧壁接触，使得焊球321与柱状电极的接触面的数量和接触面积进一步增大，在受到外力的作用时，使得焊球受到的作用力进一步分散，提高了焊球与柱状电极之间的结合度。

“L”型的裙带部318与第一环形刻蚀凹槽的侧壁、本体307的外侧侧壁（或者本体307外侧侧壁上部分金属阻挡层313）和第一环形刻蚀凹槽内的钝化层302（或者第一环形刻蚀凹槽内的钝化层302上的部分金属阻挡层313）三个面相接触，“L”型的裙带部318下部分的宽度大于上部分的宽度，具有类似于支撑架的功能，“L”型的裙带部使得焊球受到的可接受的横向外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落。

请参考图16，图16为形成上述半导体器件的形成方法流程示意图，包括：

步骤S30，提供半导体基底，所述半导体基底具有若干焊盘；

步骤S31，在所述半导体基底上形成钝化层，所述钝化层具有暴露焊盘表面的第一开口；

步骤S32，在所述第一开口的侧壁和底部以及钝化层的表面形成种子层

步骤S33，在所述种子层表面形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层具有与第一开口对应的第二开口；

步骤S34，采用电镀工艺在所述第一开口和第二开口中填充满金属，形成柱状电极的本体；

步骤S35，去除所述第一光刻胶层；去除钝化层上的部分种子层；

步骤S36，在所述钝化层上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层的表面低于柱状电极的本体的顶部表面，第一绝缘层和本体的外侧侧壁之间具有第一环形刻蚀凹槽，第一环形刻蚀凹槽暴露出部分钝化层的表面；

步骤S37，在所述第一绝缘层表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层中具有暴露柱状电极本体表面的至少一个第三开口，沿第三开口刻蚀去除部分厚度的所述柱状电极的本体，在本体中形成至少一个凹槽，所述本体和凹槽构成柱状电极；

步骤S38，去除所述第二光刻胶层；将印刷网板或不锈钢板置于第一绝缘层表面，所述印刷网板或不锈钢板具有暴露柱状电极本体的顶部表面和本体中的凹槽以及第一环形刻蚀凹槽的第五开口；

步骤S39，采用网板印刷工艺在第五开口、凹槽和第一环形刻蚀凹槽中填充满焊锡膏；移除所述印刷网板或不锈钢板，对所述焊锡膏进行回流工艺，在柱状电极的本体顶部上形成金属凸头，在凹槽中形成填充部，在本体的外侧侧壁上形成裙带部，裙带部的上部分与金属凸头连接，裙带部的下部分与柱状电极两侧的部分钝化层相连接，并与第一环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第一绝缘层的表面或与第一绝缘层的表面平齐，金属凸头、填充部和裙带部构成焊球。

图17~图24为本实用新型第二实施例半导体器件的形成过程的剖面结构示意图，下面结合图17~图24对上述半导体器件的形成步骤进行详细的描述。

首先，参考图17，提供半导体基底300，所述半导体基底300上具有若干焊盘301；在所述半导体基底300上形成钝化层302，所述钝化层302具有暴露全部或部分焊盘301表面的第一开口；在第一开口内的焊盘表面形成柱状电极的本体307。

所述本体307和焊盘之间还具有种子层303，种子层303部分位于靠近本体303的钝化层302表面。以种子层为导电层，采用电镀工艺形成柱状电极的本体307后，需要形成覆盖所述柱状电极的本体307和部分种子层（靠近本体307的钝化层302表面的种子层）表面的图形化的光刻胶层，然后以图形化的光刻胶层为掩膜，去除钝化层302表面远离本体307的部分种子层，然后去除图形化的光刻胶层，使得剩余的种子层303部分位于所述本体307和焊盘之间，部分位于靠近本体303的钝化层302表面。

上述具体的形成过程及相关描述请参考本实用新型的第一实施例，在此不再赘述。需要说明的是，后续本实施例中与第一实施例的半导体器件中的相似结构的形成工艺和材料等均不做详细的描述，具体请参考本实用新型的第一实施例。

接着，请参考图18，在所述钝化层302表面形成第一绝缘层308，所述第一绝缘层308的表面低于本体307的表面，第一绝缘层308和柱状电极的本体307外侧侧壁之间具有第一环形刻蚀凹槽309。所述第一环形刻蚀凹槽309通过光刻和刻蚀工艺或其他合适的工艺形成。

接着，请参考图19和20，在所述第一绝缘层308表面形成第二光刻胶层310，所述第二光刻胶层310中具有暴露柱状电极本体307表面的至少一个第三开口311；沿第三开口311刻蚀去除部分厚度的所述柱状电极的本体307，在本体中形成至少一个凹槽312，所述本体307和凹槽312构成柱状电极。

然后，请参考图21，去除所述第二光刻胶层310（参考图20）；在本体307中凹槽312的侧壁和底部、本体307顶部表面和外侧侧壁形成金属阻挡层313，所述金属阻挡层313部分位于第一环形刻蚀凹槽309内的种子层303表面。

接着，请参考图22，将印刷网板或不锈钢板315置于所述第一绝缘层308表面，所述印刷网板或不锈钢板315具有暴露柱状电极本体307的顶部表面和本体中的凹槽312以及第一环形刻蚀凹槽的第五开口316。

最后，请参考图23和图24，采用网板印刷工艺在第五开口316、凹槽312和第一环形刻蚀凹槽中填充满焊锡膏317；移除所述印刷网板或不锈钢板315，对所述焊锡膏317进行回流工艺，在柱状电极的本体307顶部上形成金属凸头320，在凹槽中形成填充部319，在本体307的外侧侧壁上形成裙带部318，裙带部318的上部分与金属凸头320连接，裙带部318的下部分与柱状电极两侧的金属阻挡层313相连接，并与第一环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部318的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部318的下部分的表面低于第一绝缘层308的表面或与第一绝缘层308的表面平齐或高于第一绝缘层308的表面，金属凸头320、填充部319和裙带部318构成焊球321。

在进行回流工艺时，柱状电极顶部的焊锡膏在表面张力的作用下形成金属凸头320，柱状电极顶部表面高于第一绝缘层308的表面，本体307的外侧侧壁中间部分的焊锡膏只与本体侧壁一个平面接触，部分焊锡膏也会在表面张力的作用下向金属凸头320的方向汇聚，而本体307外侧侧壁下部的第一环形刻蚀凹槽内的焊锡膏与第一环形刻蚀凹槽的侧壁、本体307外侧侧壁部分上金属阻挡层313和钝化层302上的部分金属阻挡层311三个面均接触，在回流时，焊盘301上的部分金属阻挡层313与第一环形刻蚀凹槽内的焊锡膏的接触面的吸附力会抵消部分第一环形刻蚀凹槽内的焊锡膏指向金属凸头320方向的部分张力和指向柱状电极的本体307方向的部分表面张力，从而使得本体307外侧侧壁上形成“L”型的裙带部318。

第三实施例

参考图25，图25为本实用新型第三实施例半导体器件的结构示意图，包括：半导体基底500，所述半导体基底500上具有若干焊盘501；位于所述半导体基底500上的钝化层503，所述钝化层503具有暴露焊盘501部分或全部表面的第一开口；位于第一开口的侧壁和底部以及部分钝化层503表面的种子层504；位于所述种子层504表面的再布线层505，再布线层填充满第一开口，所述再布线层505作为焊盘501的一部分；位于第一开口外的再布线层505表面的柱状电极，所述柱状电极具有本体511和位于本体511中的凹槽，所述凹槽的开口与柱状电极的本体511顶部表面重合；位于柱状电极上的焊球510，所述焊球510具有位于柱状电极本体511顶部表面上的金属凸头509和填充满所述凹槽的填充部508；位于所述钝化层503和再布线层505表面的第二绝缘层506，所述第二绝缘层506的表面与本体511的表面平齐并与本体511的外侧侧壁相接触；位于焊球510和柱状电极的本体511之间的金属阻挡层507。

本实施例，相比于第一实施例，具有再布线层505，再布线层505作为焊盘501的一部分，在再布线层505上柱状电极，相比于在直接在焊盘上形成柱状电极，再布线层505能实现接触点的再分布，有利于提高封装器件的集成度。

所述再布线层505的形成工艺为电镀，再布线层505的材料为铜，在布线层形成的具体过程为：首先在第一开口的侧壁和底部以及钝化层表面形成种子层；然后在种子层表面形成光刻胶层，所述光刻胶层具有暴露种子层表面的开口，开口的宽度和位置与待形成的再布线层的宽度和位置相对应；然后采用电镀工艺，在所述开口内填充满金属形成再布线层505，并且所述再布线层505填充满第一开口；然后去除光刻胶层。

在形成再布线层505后，然后在第一开口外的再布线层表面形成柱状电极的本体511，接着以所述再布线层505为掩膜，去除钝化层503上多余的种子层。

关于本体511中凹槽的形成和排布、焊球510的形成以及第二绝缘层506的形成等相关的描述，请参考本实用新型的第一实施例，在此不再赘述。

第四实施例

参考图26，图26为本实用新型第四实施例半导体器件的结构示意图，包括：半导体基底600，所述半导体基底600上具有若干焊盘601；位于所述半导体基底600上的钝化层603，所述钝化层603具有暴露焊盘601部分或全部表面的第一开口；位于第一开口的侧壁和底部以及部分钝化层603表面的种子层604；位于所述种子层604表面的再布线层605，再布线层605填充满第一开口，所述再布线层605作为焊盘601的一部分；位于第一开口外的再布线层605表面的柱状电极，所述柱状电极具有本体612和位于本体612中的凹槽，所述凹槽的开口与柱状电极的本体612顶部表面重合；位于钝化层603和部分再布线层605表面的第二绝缘层606，第二绝缘层606的表面低于本体612的顶部表面，第二绝缘层606与本体612的侧壁之间具有第二环形刻蚀凹槽；位于所述柱状电极的本体612顶部的金属凸头610、填充本体612中凹槽的填充部609、位于本体612的外侧侧壁上的裙带部608，裙带部608的上部分与金属凸头610连接，裙带部608的下部分与柱状电极两侧的部分再布线层605相连接，并与第二环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部608的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部608的下部分的表面低于第二绝缘层606的表面或与第二绝缘层606的表面平齐或高于第二绝缘层606的表面，所述金属凸头610、填充部609和裙带部608构成焊球611；还包括：位于焊球611和柱状电极的本体612之间的金属阻挡层607，所述金属阻挡层607部分位于第二环形刻蚀凹槽内的再布线层605表面。

本实施例，相比于第二实施例，具有再布线层605，再布线层605作为焊盘601的一部分，在再布线层605上柱状电极，相比于在直接在焊盘上形成柱状电极，再布线层605能实现接触点的再分布，有利于提高封装器件的集成度。

上述各结构的形成过程和相关描述等请参考本实用新型的第三实施例和第二实施例，在此不再赘述。

综上，本实用新型实施例的半导体器件，所述半导体器件中的柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合，柱状电极上具有焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部，焊球与柱状电极构成一种类似插销的结构，焊球与柱状电极由现有的单平面接触变为多平面接触，焊球不但与柱状电极的顶部表面接触，而且与柱状电极的内部有接触，焊球与柱状电极的接触面积增大，两者的结合力增强，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落，并且凹槽只位于本体中使得本体底部与焊盘结合力不会受到影响。

所述本体中凹槽的数量为1个，所述凹槽的半径为柱状电极本体半径的1%~99％，对应的所述填充部的数量为1个，所述填充部的半径为柱状电极本体半径的1%~99%，使得填充部与本体接触平面增大、接触面积较大的同时，使得本体的侧壁保持一定的机械强度，有利于提高焊球与柱状电极之间的结合力，使得焊球受到的可接受外力（使焊球与柱状电极脱离的力）大大的增强，焊球不易从柱状电极上脱落。

所述凹槽的数量大于1个时，凹槽在本体中独立分布，所述凹槽在本体中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布，所述填充部数量和位置与凹槽的数量和位置相对应，使得焊球与柱状电极的相接触的面的数量进一步增多，接触面积也进一步增大，从而使得焊球与柱状电极之间的结合力进一步增大，填充部在本体中呈规则的分布，使得焊球与柱状电极在各个当下的结合力分布均匀。

所述焊球还包括位于柱状电极的本体外侧侧壁的裙带部“L”型的裙带部，焊球除了与本体的顶部表面和本体中的凹槽的内侧侧壁接触外，还与本体的外侧侧壁接触，使得焊球与柱状电极的接触面的数量和接触面积进一步增大，在受到外力的作用时，使得焊球受到的作用力进一步分散，提高了焊球与柱状电极之间的结合度。

本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (15)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

半导体基底，所述半导体基底具有若干焊盘；

位于所述焊盘上的柱状电极，所述柱状电极包括本体和位于所述本体中的凹槽，凹槽的开口与柱状电极的顶部表面重合；

位于所述柱状电极上的焊球，所述焊球包括位于柱状电极顶部上的金属凸头和填充满所述凹槽的填充部。

2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，从凹槽的开口到底部，所述凹槽的宽度逐渐减小。

3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的深度为本体高度的0.5%~99.9%。

4.如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的数量为1个，所述凹槽的半径为柱状电极本体半径的1%~99%。

5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述凹槽的数量大于1个，凹槽在本体中独立分布。

6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述凹槽在本体中呈直线分布、矩阵分布、同心圆分布、同心圆环分布、多边形分布、若干射线或者不规则分布。

7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体基底上具有钝化层，所述钝化层中具有第一开口，第一开口暴露出焊盘的全部或部分表面，第一开口的侧壁与柱状电极的外侧侧壁相接触。

8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述钝化层上具有第一绝缘层，第一绝缘层的表面与柱状电极的顶部表面齐平，第一绝缘层覆盖柱状电极的侧壁。

9.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述钝化层上具有第一绝缘层，第一绝缘层的表面低于柱状电极的顶部表面，第一绝缘层和柱状电极的外侧侧壁之间具有第一环形刻蚀凹槽，第一环形刻蚀凹槽暴露钝化层的部分表面。

10.如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，所述焊球还包括位于柱状电极本体的外侧侧壁上的裙带部，裙带部的上部分与金属凸头连接，裙带部的下部分与柱状电极两侧的部分钝化层相接触，并与第一环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第一绝缘层的表面或与第一绝缘层的表面平齐或者高于第一绝缘层的表面。

11.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体基底上具有钝化层，所述钝化层具有暴露焊盘全部或部分表面的第一开口，位于部分钝化层上的再布线层，所述再布线层填充满所述第一开口，再布线层作为焊盘的一部分，柱状电极位于第一开口外的再布线层上。

12.如权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，还包括：位于所述钝化层上和再布线层上的第二绝缘层，第二绝缘层的表面与柱状电极的本体顶部表面齐平。

13.如权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，还包括：位于所述钝化层上的第二绝缘层，第二绝缘层的表面低于柱状电极的本体顶部表面，第二绝缘层和柱状电极的本体之间具有第二环形刻蚀凹槽，第二环形刻蚀凹槽暴露再布线层的部分表面。

14.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于，所述焊球还包括位于柱状电极本体的外侧侧壁上的裙带部，裙带部的上部分与金属凸头连接，裙带部的下部分与柱状电极两侧的部分再布线层相连接，并与第二环形刻蚀凹槽的侧壁相接触，所述裙带部的下部分的宽度大于上部分的宽度，裙带部的下部分的表面低于第一绝缘层的表面或与第一绝缘层的表面平齐或者高于第一绝缘层的表面。

15.如权利要求8或10或12或14所述的半导体器件，其特征在于，所述焊球与本体之间具有金属阻挡层。

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