集成电路制造工艺进入65 nm技术节点后,金属铜（Cu）布线层数超过十层,铜膜变得越来越薄。如果化学机械平坦化（CMP）中抛光压力过大,会引起铜膜脱落、低介电常数介质材料崩塌;抛光压力过小,势必会降低抛光速率,难以满足工业要求,因此工业生产中抛光压力通常选择在2 psi。当前制造工艺已经进入20¹4 nm,线条宽度下降,要求抛光压力继续下降。因此急需在低机械压力下（≤1.5 psi）,对Cu CMP展开研究。本论文在低机械压力的条件下对Cu CMP做了前瞻性的研究。首先利用课题组自主研发的FA/O型螯合剂,采用铜碱性抛光的技术路线,利用增强化学作用提高抛光速率来补偿低机械压力引起速率下降的方法,研制出一种抛光液,在抛光压力为1.5psi时,Cu去除速率可达700 nm/min,实验结果符合工业应用的要求。其次研究了低机械压力下磨料对Cu CMP的影响并对不同粒径磨料抛光前后粒径变化进行了观察,结果表明在抛光压力为1.5psi时,使用质量分数在1%⁴%、100 nm粒径的SiO₂磨料的抛光性能最好,粒径变化最小,此结果对低机械压力下Cu CMP中磨料选择和未来抛光液的循环使用具有一定的指导意义。课题组在低机械压力下Cu CMP理论研究中未曾对Cu₂O的存在进行验证。本文利用静态腐蚀、动态抛光和电化学实验的方法对甘氨酸等四种络合剂的络合机理进行了研究,选定甘氨酸作为络合剂后对经过腐蚀的铜表面的化学成分进行了XPS分析,实验表明铜表面仅存在Cu₂O和Cu,从而完善并验证了课题组低机械压力下强化络合和胺化化学作用为主的Cu CMP作用机理。最后在自主搭建的连接电化学工作站的旋转圆盘电极上模拟低机械压力下化学机械抛光过程,研究了转速、抛光压力等工艺参数、H₂O₂和FA/OⅡ型螯合剂等抛光液组分含量变化对开路电压的影响。结果显示,转速、抛光压力以及H₂O₂和FA/OⅡ型螯合剂比例的不同,开路电压不同。此方法可用于指导未来低机械压力下Cu CMP工艺参数的选择和抛光液中各组分的优化,有益于节约工业研发成本。