随着半导体器工艺节点的不断刷新新低,互连技术对芯片最终的质量影响越来越大,主要体现在可靠性、延迟、能耗等性能。自130nm技术节点开始,铜布线因其优异的RC延时、抗电迁移等性能而逐渐取代铝布线,其中铜电镀是其最主要的关键工艺之一。在40nm技术节点,铜通孔最小直径已缩小至至90nm左右,电镀铜里更易出现埋层空洞缺陷,而这种缺陷在电镀后或化学机械抛光后很难被及时发现,而是到最终端进行晶圆可接受性测试（WAT）、良率测试（电性测试）或可靠性测试引起芯片失效时才能被发现,后果严重且浪费资源,尤其在产能方面。找到空洞产生的原因,并找到办法解决这个问题,可以减少该缺陷对良率的影响,降低成本提高效率。本文通过对案例的分析,对空洞缺陷进行深层次的研究学习。通过缺陷分布有明显的特殊图形:集中在晶圆的一边,有朝向性。结合晶圆特殊的浸入溶液方式,设计调整夹具转速的实验确认本次空洞缺陷的根源来自铜电镀槽内部。设计研究溶液寿命的不同阶段与缺陷关系的实验,得出电镀铜溶液维护周期末期时,溶液中杂质较多,铜电镀时易被带到晶圆上,造成凹陷缺陷。对溶液中添加剂浓度的配比进行研究,设计了多种配比,得出结论是添加剂的浓度在极端情况下如加速剂与抑制剂的配比超过15:1时,通孔在电镀过程中会提前封口造成空洞缺陷。晶圆在电镀铜开始时浸入溶液的瞬间,酸性溶液对铜种籽层的腐蚀与电路导通开始的电镀同时发生,尝试通过调大第一步电镀时的电流以加强电镀效应削弱腐蚀效应的目的,结果显示第一步电流调至11A时改善显著但不彻底,且电流继续加大时会造成晶圆上的器件局部烧焦,工艺窗口较小。针对铜电镀前铜种籽层可能受氧化腐蚀及电镀后铜膜自退火的特性,设计不同等待时间的实验,研究得出磁控溅射制得的铜种籽层应尽早地开始铜电镀以免发生氧化腐蚀,而在铜电镀后一至十小时内的安全范围开始铜CMP能将缺陷数降至最低且高效的做法。针对量产工厂晶圆在两道工艺间无法做到每一批次都能无缝衔接,因此等待时间在所难免,引入氮气填充装置以减少晶圆在等待时间内接触氧气从而减弱铜种籽层的氧化反应。第一步电流可以改善晶圆浸入溶液时发生的腐蚀反应,但效果有限。在此基础上引入脉冲电流的概念,短时间的高电流在腐蚀与电镀间达到平衡。电镀铜完成后的十小时内应完成铜CMP工艺,否则铜金属的自退火将持续进行,空隙逐渐聚集,会影响最终铜线的性质,因此应尽早去除多余的铜。通过上述优化工艺,使得产品发生存有缺陷的数量从平均110颗降低到50颗以内,且其中空洞缺陷数基本为零,良率及可靠性也得到0.5%的提升。