极大规模集成电路（GLSI）的不断发展,对化学机械抛光（CMP）提出了更严峻的要求:低机械强度、低粗糙度、高平整度、高洁净度。商用抛光液加入BTA（苯并三唑）实现平坦化,导致机械作用力强、清洗困难、易腐蚀设备且成本高。研究工艺简单、成本低且环保的以化学作用为主无缓蚀剂碱性新型抛光液是微电子制造领域的前沿技术。首先,论文从能量和化学角度建立了铜抛光液平坦化理论模型,提出碱性凹处自钝化理论,阐明了Cu₂O、CuO和Cu（OH）₂在碱性无缓蚀剂的条件下为何不可溶从而在CMP过程中钝化线条凹处的铜。在碱性凹处自钝化理论的指导下,经过大量实验研究确定出含有FA/O螯合剂的碱性无缓蚀剂粗抛光液和精抛光液的最佳配比,并优化出一套与工业生产线机台相匹配的工艺参数。与通用甘氨酸对比,65nm工业线上验证结果表明含有FA/O螯合剂的无缓蚀剂碱性抛光液可实现更高的平坦化效率,且有效控制碟形坑的延伸,证明了碱性凹处自钝化理论的正确性。其次,应用胺化理论、质量传递理论和螯合理论研发了无缓蚀剂、不加氧化剂碱性阻挡层抛光液,实现了不同材料抛光速率比可控、可调。与65nm工业线上商用阻挡层抛光液对比,使用无缓蚀剂、不加氧化剂碱性阻挡层抛光液抛光后的碟形坑、蚀坑、电阻、电容和漏电流等参数均优于商用阻挡层抛光液,且该抛光液稳定时间长、抛光后利于后清洗,提高了65nm技术节点阻挡层CMP技术指标。最后,论文针对碱性无缓蚀剂铜抛光液不稳定以及无缓蚀剂、不加氧化剂碱性阻挡层抛光液引入缺陷等问题展开研究,研究发现除了H₂O₂自身分解外,H₂O₂与FA/O螯合剂发生化学反应也是导致碱性抛光液不稳定的原因。原子力显微镜测试表明阻挡层抛光后的缺陷主要是微划伤,实验表明抛光液中粒径>0.5μm的大颗粒是造成微划伤的主要原因,以0.2μm替换0.5μm过滤器并选择粒径分散度小的磨料可显著降低晶圆抛光后表面的划伤数量,且不影响阻挡层抛光液的性能,抛光效果满足65nm工业指标要求。