随着半导体器件特征尺寸的不断减小,铜互连工艺对电镀过程中镀层厚度的均匀性要求也越来越高,传统的垂直电镀和水平电镀设备越来越不适用于现阶段超大规模集成电路铜互连电镀工艺。对原有电镀设备的改进成为解决镀层厚度不均匀的一种行之有效的方法。首先,我们对湿法清洗对镀层质量的影响和镀层厚度的均匀性进行了研究。用中科院微电子研究所自行搭建的物理气相沉积台PVD-300溅射了44.8nm的铜种晶层之后,进行方阻测试,其结果显示均匀性较好。然后对铜种晶层进行清洗,通过不断调整时间参数,最终确定为先在去油活化剂中浸泡60s,然后再在去离子水中漂洗20s,最后浸泡在稀硫酸溶液中120s,然后用去离子水搅拌清洗3次,每次清洗时间是20s,用高纯氮气吹干的清洗方法,这种方法可以有效去除种晶层表面的油污以及铜氧化物。在电镀的过程中选取铜互连专用电镀液,添加剂2一四氢噻唑硫酮(H1)浓度为1.0mg/L、苯基聚二硫二丙烷磺酸钠(S1)浓度为10mg/L,Cl-浓度为30mg/L,阴极电流密度为2.42A/dm2,温度为20℃。在上述参数下进行水平电镀和垂直电镀,电镀完成后进行方阻测试,测试结果表明两种电镀情况下都存在着厚度分布不均匀的情况,并对这种不均匀的情况进行了分析,发现这种不均匀的厚度分布是由晶圆上电流密度分布不均匀造成的。在靠近阴极接触处的电流密度较大,远离阴极接触处的电流密度较小,因此就会出现靠近阴极接触处的厚度较大,远离阴极接触处的厚度小的情况。其次,以上述镀层厚度不均匀性研究结果为依据对设备进行了改进。由于减少铜阳极与晶圆之间的距离可以减少溶液电阻,据此,我们设计了弓形铜阳极系统；通过调整铜棒分布密度来人为的改变电镀槽中的电流密度分布情况,据此,我们设计了棒状铜阳极系统；打破原有的镀槽不可动的思维,我们设计了可移动镀槽系统,这种可以根据镀层厚度的分布情况实时的调整镀槽位置,来达到镀层均匀一致。我们又针对弓形铜阳极系统进行进一步的创新,提出双阳极系统,用两个铜阳极代替原有的单一阳极系统。综合铜阳极消耗后更换的方便性,减少电镀电源以节约成本等各方面因素,最终对双阳极系统再进行改进,用磷铜球代替原有的板状铜阳极,即为磷铜球双阳极系统的方案。