随着集成电路集成度的不断提高以及技术节点尺寸的逐渐减小,多层布线化学机械平坦化（CMP）已经成为微电子领域实现晶圆全局平坦化唯一有效的方法,本文针对国内外普遍应用的酸性抛光液存在的含有腐蚀抑制剂（BTA）、CMP后晶圆表面质量无法满足微电子技术发展要求以及难以清洗等问题,采用自主研制的成分简单、不腐蚀抛光设备、不含有毒性BTA的新型碱性抛光液,针对精抛过程急待解决的的碟形坑延伸严重、一致性难以满足65nm以下节点要求、全局平坦化要求不断提高等世界性难题,首次依据滞留层模型、优先物理吸附、自钝化以及质量传递理论以及自主研发的螯合剂、表面活性剂的自身特性,从抛光理论、路线、方法、材料方面进行研究,有效提高了多层铜布线精抛的平坦化性能。论文研究了精抛的核心作用、产生核心问题的关键因素以及解决问题的优化技术方案,通过实验确定了精抛的基本规律,在此基础上确定了材料成分和优化的工艺技术,最终获得了突破性的平坦化效果。论文研究了非离子表面活性剂对精抛后晶圆表面非均匀性以及晶圆表面形貌的影响,依据质量传递与优先吸附理论,使用FA/O型复合表面活性剂增加了凹处滞留层厚度与质量传递时间,有效控制了导线槽处Cu的反应速率,实验确定加入60ml/L的活性剂,精抛速率为2268?/min,满足工业上对精抛速率2000?/min的要求,晶圆表面非均匀度由国际上通常能够达到的5%降低到3%以下,晶圆表面粗糙度达到0.62nm,精抛后碟形坑由工业上对65nm节点碟形坑的需求值800?下降到723?,实现了高水平的局部与全局平坦化。在抛光工艺方面研究了各项抛光工艺参数对精抛性能的影响,得到一组优化的12 inch铜布线片工艺参数:抛光压力为1.0psi,抛光液流量为300ml/min,抛光头转速为87rpm,抛光盘转速为93rpm,选用IC1000型抛光垫,实现精抛后残余铜的完全去除,阻挡层速率基本为零,碟形坑数值为705?。另外,本文研究了Cu电极在不同H₂O₂浓度精抛电解液中的电化学特性,当H₂O₂浓度为35 ml/L时,Cu电极腐蚀电位最大,凹处铜膜钝化作用最强,利用H₂O₂在凹处铜膜处的钝化特性对精抛中碟形坑的延伸进行优化,实现有效控制,并使抛光终点准确停留在阻挡层上。