集成电路（IC）的发展水平是衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志。化学机械平坦化（CMP）是IC制程中的最复杂的关键工艺,是目前唯一能够实现局部和全局平坦化的技术。铜CMP作为铜互连平坦化的首道工序是多层布线CMP的基础,其性能直接影响着后续工序的进行。适用于产业化生产需求的碱性铜CMP抛光液是微电子技术发展的前沿,而碱性抛光液中使用的不引入金属离子污染的氧化剂H₂O₂对可靠性的影响很大。因此,碱性铜CMP抛光液的稳定性、可靠性及其平坦化性能是国际攻关的前沿核心技术,同样也是本课题的研究重点。首先,研究了河北工业大学微电子研究所自主研发的FA/O-H₂O₂体系碱性铜抛光液。通过结合铜CMP过程中应用的滞留层理论、优先吸附理论、螯合理论和自钝化理论,研究了抛光液组分及抛光工艺参数对铜CMP速率及表面一致性的影响,分析了SiO₂磨料、非离子表面活性剂、氧化剂以及FA/O螯合剂与氧化剂的协同作用对平坦化性能的影响,并对碱性条件下的平坦化机理进行了深入探讨,其可实现在不添加腐蚀抑制剂BTA的条件下达到很好地平坦化效果;同时,还研究了FA/O-H₂O₂体系碱性铜抛光液的不稳定性机理,确定抛光液中具有强还原性能的FA/O螯合剂是促使碱性条件下H₂O₂的消耗与分解而造成抛光液不稳定的最主要因素,这对碱性CMP抛光液稳定性的研究确定了理论指导。其次,针对FA/O-H₂O₂体系碱性铜抛光液不稳定的问题,研究了新型Gly-BTA体系弱碱性铜抛光液。通过对抛光液组分的研究,选取最佳配比满足铜布线化学机械平坦化工业技术指标要求,并利用动态电化学实验,对抛光液组分中的甘氨酸和BTA在弱碱性条件下的溶解/钝化机理进行分析研究,建立抛光过程中的平坦化机理模型;同时,研究该体系下抛光液的稳定性,分别从配置工艺、抛光液pH值以及抛光液组分浓度三方面进行了大量的实验研究,优化工艺与配比,提高了抛光液的稳定性。该体系弱碱性铜抛光液在平坦化性能及抛光液稳定性方面都有显著提升,对推进多层铜布线Cu CMP抛光液的产业化进程具有很好的工程应用价值。