引线焊接结构及半导体器件的制作方法

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种引线焊接结构及半导体器件。

背景技术：

在半导体器件的后段制程中，会涉及到引线的焊接，以从基底内的电路层引出电连接端子。为保护电路层，通常在电路层上还设有一层软质的金属层作为焊垫，焊球具体是与焊垫焊接。同时，为了增强焊球与焊垫的焊接力度，一般会对焊垫的上表面进行粗糙化处理。由于焊垫质地相对较软，将焊球按压于焊垫上时，一方面，焊垫上表面的凹凸结构在按压的作用下会被压平而失效，另一方面，受挤压的焊垫金属会向两侧排出，使焊球与电路层之间的焊垫变薄，导致电流基本只能从焊球侧边区域进行传导而降低电流量，影响器件的电性性能。

技术实现要素：

基于此，本申请提出一种引线焊接结构及半导体器件，可避免引线焊接过程对器件性能的影响。

为解决上述技术问题，本申请提出的第一种技术方案为：

一种引线焊接结构，包括：

基底；

电路层，形成于所述基底内；

焊垫，形成于所述电路层上并与所述电路层电连接，所述焊垫的上表面具有由凹槽和凸起交替排布构成的凹凸结构；

硬质保护层，形成于所述凹凸结构上，所述硬质保护层开设有暴露部分所述凹凸结构的开口，所述硬质保护层的硬度大于所述焊垫的硬度；以及

钝化层，形成于所述焊垫上，所述钝化层上开设有窗口，通过所述窗口暴露出所述硬质保护层和所述凹凸结构。

在其中一个实施例中，任意相邻的一个凹槽和一个凸起形成一个结构单元，各所述结构单元中部分区域被所述硬质保护层覆盖且部分区域暴露在外。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层覆盖于凸起的顶面、凹槽的底面和凹槽的侧面中的任意一个或几个表面，且一个结构单元中至少有一个表面未被覆盖。

在其中一个实施例中，所述凹凸结构被硬质保护层覆盖的区域呈周期性排列。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层分为多个并排分布的条状区域，所述条状区域间隔设置且互不相连。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层分为呈二维阵列分布的岛状区域，所述岛状区域间隔设置且互不相连。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层相互连接，所述开口呈条状且并排分布。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层呈网格状。

在其中一个实施例中，所述焊垫呈矩形，所述焊垫的长宽比范围为1:1～2:1。

在其中一个实施例中，所述凹凸结构的凸起为呈并排分布的条状或呈二维阵列分布的岛状。

为解决上述技术问题，本申请提出的第二种技术方案为：

一种半导体器件，包括：

引线焊接结构，所述引线焊接结构为上述任一项所述的引线焊接结构；

焊球以及自所述焊球引出的引线，所述通过所述窗口和所述硬质保护层的开口与所述焊垫焊接，且至少部分所述硬质保护层位于所述焊球的覆盖区域。

在其中一个实施例中，所述硬质保护层位于所述凹槽的底面，所述焊垫溢流至所述凹槽内的硬质保护层上。

上述引线焊接结构和半导体器件，由于钝化层开设有窗口，在该窗口所暴露的区域内，包括焊垫和形成于焊垫凹凸结构上的硬质保护层，硬质保护层上开设有开口。在焊接时，焊球可通过该窗口下移并穿过钝化层，对焊球进行按压打线时，由于凹凸结构上形成有硬质保护层，且硬质保护层的硬度大于焊垫的硬度，具有一定的机械强度，可以对凹凸结构进行加固，起到强化凹凸结构的效果，提高凹凸结构承受挤压的能力，因此，即使凹凸结构受到焊球的挤压，在该硬质保护层的保护下，可以保住焊垫，避免凹凸结构被完全压平而失效，同时，焊球下方的焊垫也具有一定的厚度，保证了电流传导能力。

附图说明

图1a为传统技术中引线焊接结构的侧剖图；

图1b为基于图1a中的引线焊接结构形成的半导体器件的结构示意图；

图2a～图2f分别为本申请第一实施例至第六实施例对应的引线焊接结构的侧剖图；

图3a～图3d分别为本申请第七实施例至第十实施例对应的硬质保护层的形态图；

图4a～图4c分别为本申请中第十一至第十三实施例中对应的半导体器件的结构示意图。

标号说明

110电路层；120焊垫；121结构单元；122覆盖单元；130硬质保护层；140钝化层；210焊球；220引线；a焊接区域。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1a所示为传统技术中的引线焊接结构的结构剖视图，如图1b为图1a所示的引线焊接结构上焊接引线后的半导体器件示意图。在传统技术中，引线焊接结构包括依次叠设的电路层110’、焊垫120’和钝化层130’，其中，焊垫120’的上表面具有凹凸结构，钝化层130’开设有暴露出焊垫120’的窗口，焊球210’通过窗口与焊垫120’接触。由于焊垫120’较软，焊垫120’上表面的凹凸结构在焊球的挤压下会被压平而失效，且焊球底部的焊垫120’会流向两侧甚至从钝化层130’与焊球210’之间的缝隙中向外溢出(如图1箭头所示)，使得焊球210’底部的焊垫120’厚度较薄，导致电流基本只能从焊球210’侧边区域进行传导而降低电流量，影响器件性能。

为此，本申请提出一种新的引线焊接结构，在该引线焊接结构上焊接引线时，可以避免焊接工艺对器件性能的影响。

如图2a所示，引线焊接结构包括基底(图中未示出)和形成于基底内的电路层110，电路层110上依次叠设有焊垫120和钝化层140，同时，焊垫120上还形成有硬质保护层130。

其中，基底可为半导体基底，具体可为硅基底。电路层110为mos管、二极管、电阻、电容等电器元件。焊垫120在引出区域与电路层110电连接，具体可以仅在引出区域的电路层上设置焊垫120。

焊垫120的上表面具有凹凸结构，该凹凸结构包括交替的凹槽和凸起，以使焊垫120的上表面粗糙化。

硬质保护层130具体形成于焊垫120的凹凸结构上，且硬质保护层130开设有暴露出部分凹凸结构的开口，即部分凹凸结构被硬质保护层130覆盖，部分凹凸结构暴露在外以用于后续与焊球焊接。硬质保护层130的硬度应大于焊垫120的硬度，可以在焊接引线时承受焊垫120的冲击。具体的，硬质保护层130既可选用绝缘材料，也可选用导电材料，例如可以用二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、金属氮化物等硬质材料中的一种或几种制成。

钝化层140形成于焊垫120上，钝化层140上开设有窗口，通过窗口可暴露出下方的硬质保护层130和焊垫120的凹凸结构。定义通过窗口暴露的区域为焊接区域a，则焊接区域a内具有焊垫120，且焊球120上覆盖有具有开口的硬质保护层。可以理解的，钝化层140上窗口的宽度应大于打线前焊球的宽度，以保证焊球能顺利通过钝化层140。需要说明的是，在焊接引线时，将金属丝线加热形成的热融金属球体，再按压于焊垫上并打线形成引线，金属球体受按压后会变成扁球体，因此，打线后焊球的覆盖面积大于打线前的焊球的覆盖面积。因此，钝化层140上的窗口可呈圆形，对应的，焊接区域a也呈圆形。

上述引线焊接结构，钝化层开设有窗口，在该窗口所暴露的区域内，包括焊垫和形成于焊垫凹凸结构上的硬质保护层，硬质保护层上开设有开口。在本申请中，对引线焊接结构进行上述改进，当通过金丝球焊接工艺进行引线焊接时，焊球通过窗口下移并对焊球进行按压打线，由于凹凸结构上形成有硬质保护层，且硬质保护层的硬度大于焊垫的硬度，具有一定的机械强度，可以对凹凸结构进行加固，起到强化凹凸结构的效果，提高凹凸结构承受挤压的能力，因此，即使凹凸结构受到焊球的挤压，在该硬质保护层的保护下，可以保住焊垫，避免凹凸结构被完全压平而失效，通过凹凸结构增强焊球和焊垫的粘合力，同时，焊球下方的焊垫也具有一定的厚度，既保证了电流传导能力，还能够保护焊垫下方的电路层。

在一实施例中，焊垫120具体选用质地相对较软的导电材料制成，如选用铜、铝、钨等金属材料制成。其中，凹凸结构中的凸起具体可以为呈并排分布的条状或呈二维阵列分布的岛状。焊垫的形状可为矩形，且焊垫的长宽比范围为1:1～2:1。

在一实施例中，凹凸结构包括多个交替排布的凸起和凹槽，如图2a所示，任意相邻的一个凹槽和一个凸起形成一个结构单元121，每个结构单元121中均有部分区域被硬质保护层130覆盖且部分区域暴露在外，由此既能通过硬质保护层130对每个结构单元121进行强化，又能保证焊垫120用于与焊球焊接的区域分布均匀以增强焊接效果。

其中，上述凹凸结构具有多个表面，如凸起的顶面、凹槽的底面和凹槽的侧面，在一实施例中，硬质保护层130覆盖于上述表面中的一处表面或多处表面。进一步的，上述结构单元121中至少有一个表面未被覆盖以用于与焊球焊接。

具体的，对于硬质保护层130位于焊垫120上的位置具有多种实施方式，以下以六种实施例进行详细介绍。

第一实施例

如图2a所示，硬质保护层130覆盖各凸起的顶面，硬质保护层的开口对准凹槽以暴露凹槽的底面和侧面。如图4a所示为对图2a所示的引线焊接结构上焊接引线所形成的半导体器件的结构示意图。其中，焊球210通过硬质保护层130的开口与凹槽位置的焊垫120焊接并打线形成引线220。在对焊球按压打线的过程中，凹凸结构受焊球的挤压，凸起出的焊垫会排向凹槽处，凹凸结构的起伏程度有所减弱，即焊垫120的粗糙度有所减小，但是受硬质保护层130的保护，凹凸结构不会被焊球完全压平，焊垫120仍具有粗糙的上表面，增强焊球210与焊垫120的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第二实施例

如图2b所示，硬质保护层130覆盖各凹槽的底面，硬质保护层的开口对准凸起和凹槽的侧面以暴露凸起和凹槽的侧面。如图4b所示为对图2b所示的引线焊接结构上焊接引线所形成的半导体器件的结构示意图。其中，焊球210通过硬质保护层130的开口与凸起和凹槽侧面位置的焊垫120焊接并打线形成引线220。在对焊球按压打线的过程中，凹凸结构受焊球的挤压，凸起出的焊垫会排向凹槽处的硬质保护层130上，导致硬质保护层130上也具有焊垫，凹凸结构的起伏程度有所减弱，即焊垫120的粗糙度有所减小，但是受硬质保护层130的保护，凹凸结构不会被焊球完全压平，焊垫120仍具有粗糙的上表面，增强焊球210与焊垫120的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第三实施例

如图2c所示，硬质保护层130覆盖各凹槽的底面和侧面，硬质保护层的开口对准凸起的顶面以暴露凸起的顶面。如图4c所示为对图2c所示的引线焊接结构上焊接引线所形成的半导体器件的结构示意图。其中，焊球210通过硬质保护层130的开口与凸起位置的焊垫120焊接并打线形成引线220。在对焊球按压打线的过程中，由于凹槽的底面和侧面均受硬质保护层130的保护，凸起处被挤压的焊垫120基本不会排向两侧，因此，凹凸结构的起伏程度基本可以保持不变，即，焊垫120上表面的粗糙程度基本可以保持不变，使得焊球210与焊垫120具有较好的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第四实施例

如图2d所示，硬质保护层130覆盖各凹槽的侧面，硬质保护层130的开口对准凸起的顶面和凹槽的底面以暴露凸起的顶面和凹槽的底面。当对该引线焊接结构焊接引线时，在对焊球按压打线的过程中，凹凸结构受焊球的挤压，凸起出的焊垫会排向凹槽处，凹凸结构的起伏程度有所减弱，即焊垫120的粗糙度有所减小，但是，由于凹槽的侧面受硬质保护层130的保护，凸起处被挤压的焊垫120排向两侧的力度得到缓冲，因此，凹凸结构不会被焊球完全压平，焊垫120仍具有粗糙的上表面，增强焊球与焊垫120的焊接效果。同时，焊球的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第五实施例

如图2e所示，硬质保护层130覆盖各凸起的顶面和各凹槽的侧面，硬质保护层的开口对准凹槽的底面以暴露凹槽的底面。当对该引线焊接结构焊接引线时，在对焊球按压打线的过程中，由于凸起受硬质保护层130的保护，被挤压的焊垫120基本不会排向两侧，因此，凹凸结构的起伏程度基本可以保持不变，即，焊垫120上表面的粗糙程度基本可以保持不变，使得焊球210与焊垫120具有较好的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第六实施例

硬质保护层130可在不同位置分别覆盖焊垫120凸起结构的不同结构，如图2f所示，在不同位置，硬质保护层130可分别覆盖整个凸起、覆盖整个凹槽、仅凸起的顶面、仅凹槽的下表面和仅凹槽的侧面，因此，硬质保护层130包含多种形态。进一步的，当整个凸起被覆盖时，与被覆盖的凸起相邻的凹槽的底面暴露在外，当整个凹槽被覆盖时，与被覆盖的凹槽相邻的凸起的顶面暴露在外。

在一实施例中，凹凸结构被硬质保护层130覆盖的区域呈周期性排列，如定义一个如图2f所示的覆盖单元122，硬质保护层130以该覆盖单元122为一个周期进行周期排布。

对于硬质保护层130位于焊垫上的位置，除上述几种实施例外，还可进行其他的设置，对此不作限定。

硬质保护层130位于焊垫上的位置具有多种实施例，对于硬质保护层130的形状也具有多种实施方式，且硬质保护层130的形状的各实施例和硬质保护层130位于焊垫上的位置的各实施例可任意组合。以下以四个实施例对硬质保护层130的形状进行说明。

第七实施例

如图3a所示，硬质保护层130分为多个并排分布的条状区域，各条状区域间隔设置且互不相连，相邻条状区域之间的间隔即为暴露焊垫120的开口。

第八实施例

如图3b所示，硬质保护层130相互连接，一体成型，硬质保护层130的开口呈条状且并排分布。进一步的，硬质保护层130可仅位于窗口暴露的焊接区域a内，也可自焊接区域a延伸至位于钝化层140底部的焊垫120上，即硬质保护层130的部分区域夹设于钝化层140和焊垫120之间，由此可使硬质保护层130支撑于焊接区域a两侧的焊垫120上，以增强硬质保护层130对焊球的阻挡作用。

第九实施例

如图3c所示，硬质保护层130分为多个岛状区域，岛状区域成二维阵列分布，岛状区域间隔设置且互不相连。具体的，岛状区域的正投影可为圆形或正六边形，也可为其他形状。

第十实施例

如图3d所示，硬质保护层130呈网格状，硬质保护层130的开口对应网孔，具体的，网孔的正投影可为圆形或正六边形，也可为其他形状。在本实施例中，硬质保护层130可仅位于窗口暴露的焊接区域a内，也可自焊接区域a延伸至位于钝化层140底部的焊垫120上，即硬质保护层130的部分区域夹设于钝化层140和焊垫120之间，由此可使硬质保护层130支撑于焊接区域a两侧的焊垫120上，以增强硬质保护层130对焊球的阻挡作用。

对于硬质保护层130的形状，除上述几种实施例外，还可进行其他的设计，对此不作限定。

在本申请中，对引线焊接结构进行上述改进，当通过金丝球焊接工艺进行引线焊接时，焊球通过窗口下移并对焊球进行按压打线，由于凹凸结构上形成有硬质保护层，且硬质保护层的硬度大于焊垫的硬度，具有一定的机械强度，可以对凹凸结构进行加固，起到强化凹凸结构的效果，提高凹凸结构承受挤压的能力，因此，即使凹凸结构受到焊球的挤压，在该硬质保护层的保护下，可以保住焊垫，避免凹凸结构被完全压平而失效，通过凹凸结构增强焊球和焊垫的粘合力，同时，焊球下方的焊垫也具有一定的厚度，既保证了电流传导能力，还能够保护焊垫下方的电路层。

本申请还涉及一种半导体器件。

如图4a所示，其中，半导体器件包括引线焊接结构和与焊垫120焊接的焊球210以及自焊球210打线形成的引线220。其中，引线焊接结构已在上文介绍，在此不再赘述，焊球210通过钝化层140上的窗口穿过钝化层140并通过硬质保护层130上的开口与焊垫120焊接，其中，至少部分硬质保护层130位于焊球的覆盖区域内。即至少部分硬质保护层130可以对于焊球焊接的凹凸结构进行结构的强化。

为了便于理解上述半导体结构，介绍该半导体结构的制备过程，半导体结构的制备步骤包括：

步骤s410：获取引线焊接结构，所述引线焊接结构包括：基底；电路层，形成于所述基底内；焊垫，形成于所述电路层上并与所述电路层电连接，所述焊垫的上表面具有由凹槽和凸起交替排布构成的凹凸结构；硬质保护层，形成于所述凹凸结构上，所述硬质保护层开设有暴露部分所述凹凸结构的开口，所述硬质保护层的硬度大于所述焊垫的硬度；以及钝化层，形成于所述焊垫上，所述钝化层上开设有窗口，通过所述窗口暴露出所述硬质保护层和所述凹凸结构。

具体的，引线焊接结构的具体介绍可参考上文介绍，在此不再赘述。

步骤s420：通过所述窗口将焊球移至所述硬质保护层和所述凹凸结构处，对所述焊球进行按压并打线，形成焊接于所述焊垫上的引线。

具体的，利用瞬间高电压融化金丝形成焊球，将焊球通过窗口送入覆盖有硬质保护层130的凹凸结构处，对焊球进行按压并打线，形成焊接于焊垫120上的引线。当对焊球进行按压打线时，由于凹凸结构上形成有硬质保护层，且硬质保护层的硬度大于焊垫的硬度，具有一定的机械强度，可以对凹凸结构进行加固，起到强化凹凸结构的效果，提高凹凸结构承受挤压的能力，因此，即使凹凸结构受到焊球的挤压，在该硬质保护层的保护下，可以保住焊垫，避免凹凸结构被完全压平而失效，通过凹凸结构增强焊球和焊垫的粘合力，同时，焊球下方的焊垫也具有一定的厚度，既保证了电流传导能力，还能够保护焊垫下方的电路层。

上述半导体器件，是通过上述引线焊接方法形成引线，其中，凹凸结构上形成有硬质保护层，且硬质保护层的硬度大于焊垫的硬度，具有一定的机械强度，可以对凹凸结构进行加固，起到强化凹凸结构的效果，提高凹凸结构承受挤压的能力，因此，即使凹凸结构受到焊球的挤压，在该硬质保护层的保护下，可以保住焊垫，避免凹凸结构被完全压平而失效，通过凹凸结构增强焊球和焊垫的粘合力，同时，焊球下方的焊垫也具有一定的厚度，既保证了电流传导能力，还能够保护焊垫下方的电路层。

由于引线焊接结构具有多种设计，基于该引线焊接结构形成的半导体器件也具体多种实施例，以下以三种实施例进行介绍。

第十一实施例

结合2a和图4a所示，硬质保护层130形成于各凸起的顶面，焊球210的底面与硬质保护层130接触并通过开口与凹槽内的焊垫120焊接，即该半导体器件可以是在上文第一实施例所提及的引线焊接结构上焊接引线而成。具体的，半导体器件是在该引线焊接结构的基础上，增加一焊接于焊垫上的引线，其中，引线焊接结构可参考上述第一实施例的介绍，在此不再赘述。焊球210通过硬质保护层130的开口与凹槽位置的焊垫120焊接并打线形成引线220。在对焊球按压打线的过程中，凹凸结构受焊球的挤压，凸起出的焊垫会排向凹槽处，凹凸结构的起伏程度有所减弱，即焊垫120的粗糙度有所减小，但是受硬质保护层130的保护，凹凸结构不会被焊球完全压平，焊垫120仍具有粗糙的上表面，增强焊球210与焊垫120的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第十二实施例

结合图2b和图4b所示，硬质保护层130形成于各凹槽的底面，焊球210通过开口与焊垫120焊接，即该半导体器件可以是在上文第二实施例所提及的引线焊接结构上焊接引线而成。具体的，在对焊球按压打线的过程中，凹凸结构受焊球的挤压，凸起出的焊垫会排向凹槽处的硬质保护层130上，导致硬质保护层130上也具有焊垫，凹凸结构的起伏程度有所减弱，即焊垫120的粗糙度有所减小，但是受硬质保护层130的保护，凹凸结构不会被焊球完全压平，焊垫120仍具有粗糙的上表面，增强焊球210与焊垫120的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

第十三实施例

结合图2c和图4c所示，硬质保护层130形成于各凹槽的底面和侧面，焊球210通过开口与凸起顶面的焊垫120焊接，即该半导体器件可以是在上文第三实施例所提及的引线焊接结构上焊接引线而成。在对焊球按压打线的过程中，由于凹槽的底面和侧面均受硬质保护层130的保护，凸起处被挤压的焊垫120基本不会排向两侧，因此，凹凸结构的起伏程度基本可以保持不变，即，焊垫120上表面的粗糙程度基本可以保持不变，使得焊球210与焊垫120具有较好的焊接效果。同时，焊球210的下方仍具有一定厚度的焊垫120，既保证了电流的传导能力，对电路层110也起到一定的保护作用。

除上述介绍的几种实施例外，半导体器件还可以是在上文介绍的其他引线焊接结构上焊接引线而成，在此不再详细介绍。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。