铜互连电子电路在电子产品中起到电气连通的作用,是各个组件之间电信号传输的通道。如今的电子产品向高集成化和高性能化的方向发展,各个模块的特征互连线路线宽/线距变小的同时还要求线路具有很好的导电性、延展性等物理性能。铜互连线路的物理性能与电沉积时铜晶粒的生长状况息息相关,实现更加平坦化的孔、线共镀,同时保障铜镀层的电气性能也成为了实际工业生产电镀铜技术发展的目标。因此,研究电沉积对铜晶粒生长的调控作用具有重大意义。针对如今电子产品对铜互连电子电路的需求,本文围绕电沉积时铜晶粒生长状况开展研究工作,具体研究内容如下:(1)在基础镀液中,通过正交试验方法研究温度、电流密度等因素对铜晶粒生长的调控作用。正交试验的结果通过金相显微图片、扫描电子显微图片和X射线衍射分析,发现温度、电流密度和氯离子浓度对铜晶粒生长有一定影响。其中电流密度对铜晶粒的生长模式影响最大,在合适的电流密度范围内铜晶粒能够形成细致紧密的块状多晶结构。当电流密度超过镀液可承受范围时,铜晶粒的生长倾向于在同一位点同时生成多个相互分离的、细长的柱状枝晶,这些柱晶相互之间未形成晶界,形成的铜镀层表面粗糙疏松。提高温度和加入50-100mg/L的氯离子能够提高镀液能承受的电流密度上限,使铜晶粒更为均匀细致。(2)利用多物理场耦合方法对电镀槽进行数值模拟,探究印制电路板在电镀时板面和通孔内的流场、电场分布,并根据模拟的结果对工厂内真实的6000L大型龙门线电镀缸进行镀液调试。经过施镀条件优化后的镀液中生长的铜镀层均匀性良好,板面镀层厚度的标准偏差值小于4%,铜晶粒生长为块状多晶结构,使镀层光亮平整,镀层横、纵向延展率均能达到23%以上。用于高厚径比的通孔电镀时,这组电沉积参数同样能够获得很好的均镀能力,其中厚径比为8:1的通孔均镀能力TP值最高可达89.3%,而10:1的通孔TP值最高为88.02%。(3)通过对调试后的镀液进行持续的跟进测试,研究了实际工厂连续生产时镀液稳定性对铜晶粒生长的影响。酸性电镀铜镀液经过150000Ah的连续生产后镀液性能稳定,铜晶粒生长状况良好;但由于有机添加剂的自身特性,导致在连续生产3个月后的镀液性能发生了改变,同样的电沉积参数下铜晶粒更倾向于生长为粗糙疏松的柱状枝晶铜镀层。用固相强氧化剂对性能劣化的镀液氧化处理1h后,镀液颜色由黄绿色转变回蓝色,同时镀液的霍尔槽试片烧焦区减少16.7%,镀液能承受的电流密度上限由8.9A/dm~2提升至13.35A/dm~2;经氧化处理24h并补加添加剂到标准值后,镀液的性能恢复到常态。综上所述,本文对电沉积对铜晶粒生长的调控作用进行了综合研究,部分成果在企业生产中得到应用,获得了较好的经济效益。