在甚大规模集成电路（ULSI）设计中，随着特征尺寸的降低，金属线变得更细，从而互连线的电阻增大，产生的热量增多，从而互连线金属铝原子在电流的作用下产生严重的电迁移现象，这大大影响了器件的性能。铜的电阻率低、抗电迁移率性较高，因此可让导线的厚度变薄；让多层布线的层数大大降低，使相邻导线间的电容减少；因电容引起的信号延迟、电力消耗、信号不正当传输等问题便能减低。它们构成的器件能满足高频、高集成度、大功率、大容量、使用寿命长的要求。ULSI多层布线金属正由传统的Al向Cu转化。 本论文首次提出了一套适用于碱性抛光的铜的CMP四步机理模型：第一，形成表面氧化膜。圆晶片（铜表面）在浆料的作用下被氧化成膜，表面膜的组成为氧化铜和氧化亚铜的混合物；第二，选择性CMP。机械作用将铜表面凸起处的氧化膜磨去，同时低凹处的表面膜依然存在，阻止了浆料中的氧化剂对深层铜的进一步腐蚀；第三，溶解。Cu²⁺或Cu⁺转化为极稳定的可溶络合物进入溶液。此过程加快了氧化反应顺利向右进行，并且有效的控制了铜离子的沾污；第四，浆料中的铜胺络合物被湍流的浆料带走。这样新鲜的铜表面在浆料的作用下继续被氧化，机械磨除、络合，反应产物被湍流的浆料带走，周而复始，完成铜的CMP过程。 国际上对铜的CMP包括两步，对此我们分别研制出适合它们的抛光液。初抛采用“高络合、低氧化、小粒径、高浓度”的机理模型，达到低损伤、高速率、高选择、高平整、高洁净；终抛采用“高机械、低化学”机理模型而达到最终的全局平面化。这样，就基本实现了Cu布线CMP高速率、合适的选择性、低损伤和高平整。 我们研制出两种适合ULSI多层布线铜CMP的抛光液，采用了无污染15-20nmSiO2水溶胶做磨料；采用无金属离子沾污的有机碱（醇胺），其可以同时起到pH缓冲剂、促氧剂和高效络合剂等多项功能。保证了强络合，解决了颗粒沾污，提高了铜CMP速率；同时选用无金属离子氧化剂就可以依次解决了抛光液的胶冻、pH不稳定、络合剂易挥发、CMP速率低和抛光后清洗困难等技术难题； 根据多层布线铜CMP要求，采用弱氧化剂、强络合剂、非离子型的实验特点达到铜的CMP的高速率、合适的选择性、无污染的要求。实现了通过调整化学作用来调整铜化学机械抛光的工艺参数，达到工艺参数的可控。这对集成电路的生产和实际的工艺操作的稳定性和可重复性有不可估量的意义，为此技术转为生产力打下坚实的基础。