铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性等特性,电镀铜工艺被广泛应用于印制板电路(PCB)、IC封装、集成电路芯片等技术上。随着电子产品朝着小型化方向发展,对镀层粗糙度提出了更高要求。本文主要研究硫脲类及含氮类添加剂对电镀铜层表面粗糙度的影响。通过对铜镀层表面粗糙度、微观形貌以及镀液电化学性能的研究,提出了硫脲类添加剂、含氮类添加剂在电镀过程中的作用机制,研究结果如下:(1)当乙烯硫脲、烯丙基硫脲、硫脲、N-苯基硫脲浓度分别为150 ppm、10 ppm、50 ppm、2 ppm时粗糙度最低,粗糙度值分别为0.12、0.29、0.1、0.24。结合铜镀层的SEM结果表明,10 ppm烯丙基硫脲所得到的铜镀层最为紧密、平整。电化学性能研究表明,硫脲类添加剂的加入使得开路电位、计时电位出现明显负移,阴极极化曲线、交流阻抗检测表明出现明显的阴极极化,循环伏安曲线、塔菲尔曲线检测表明添加剂的加入使阴极电极表面更为稳定,对电极表面的还原反应的发生抑制作用明显。上述研究证明,硫脲类添加剂的加入对铜沉积都具有抑制作用,且抑制作用随添加剂浓度的增加会出现相应的增强,但过高浓度的添加剂会对铜镀层表面的平整度造成不利影响,可能过量添加剂的加入对铜电沉积的抑制过强,导致铜难以在哈氏片表面吸附稳定并形成颗粒小、结合紧密、晶格形态较好的铜镀层,使得电镀后得到的铜镀层表面形貌混乱,粗糙度较高。依据研究结果,提出了硫脲类添加剂与镀液吸附于阴极表面抑制铜沉积实现镀层表面平整的理论模型。(2)当苯并三氮唑、苯并咪唑、吲哚、吲唑浓度分别为40 ppm、50 ppm、120 ppm、50 ppm时粗糙度最低,粗糙度分别为0.13、0.15、0.18、0.16。结合铜镀层SEM的结果表明:40 ppm苯并三氮唑所得到的铜镀层最为紧密、平整。电化学性能研究表明,含氮类添加剂的加入使得开路电位、计时电位出现明显负移,阴极极化曲线、交流阻抗检测表明出现明显的阴极极化,循环伏安曲线、塔菲尔曲线检测表明添加剂的加入使阴极电极表面更为稳定,对电极表面的还原反应的发生抑制作用明显。上述研究证明,含氮类添加剂的加入对铜电沉积都具有抑制作用,且抑制作用随添加剂浓度的增加会出现相应的增强。但过高浓度的添加剂会对铜镀层表面的平整度造成不利影响,可能过量添加剂的加入对铜沉积的抑制过强,导致铜难以在哈氏片表面吸附稳定并形成颗粒小、结合紧密、晶格形态较好的铜镀层,使得电镀后得到的铜镀层表面形貌混乱,粗糙度较高。依据研究结果,提出了含氮类添加剂与镀液吸附于阴极表面抑制铜沉积实现镀层表面平整的理论模型。