化学机械平坦化（CMP）是集成电路制造过程中的关键步骤之一。铜（Cu）因具有高电导率、抗电迁移性好等优异物理性能,可有效减少互连延迟并提高设备的响应速度,因此逐渐取代铝,被广泛用作集成电路互连材料。但随着阻挡层厚度不断减小,特征尺寸小于14 nm时,传统Ta/Ta N阻挡层的电阻率会大大增加,并带来铜沉积问题。最有希望的替代品是钴（Co）,Co不仅具有低的电阻率（约6.2μΩ·cm）、良好的阶梯覆盖性、对铜电迁移的抵抗力,而且还可以直接电镀Cu。本文针对Co阻挡层CMP过程中存在的Co/Cu去除速率（RR）选择性差以及腐蚀严重的问题,从材料、技术和理论等方面进行研究。分析了新型阻挡层抛光液组分对速率选择性和电化学特性的影响,并结合分子模拟和表面化学分析法深入探讨了相关机理。主要内容如下:（1）研究了抛光液组分对Co CMP的影响并进行了理论分析。静态腐蚀速率实验显示氨三乙酸（NTA）对Co造成严重腐蚀,而加入500 ppm 2,2’-{[（甲基-1H-苯并三唑-1-基）甲基]亚氨基}双乙醇（TT-LYK）可以完全抑制静态腐蚀。使用X射线光电子能谱（XPS）分析了Co表面物质组成。CMP实验表明NTA可以使Co RR提高,而TT-LYK使Co RR下降。通过密度泛函理论计算研究了腐蚀抑制机理,研究表明TT-LYK以垂直或平行模式在Co（0001）面吸附。采用动态电化学方法研究了NTA和TT-LYK对Co电极表面电化学特性的影响。（2）研究了抛光液组分对Cu CMP的影响并进行了理论分析。XPS分析表明铜表面同时含Cu2O,Cu O和Cu（OH）2。CMP实验表明NTA可以促进Cu的去除,而H2O2和TT-LYK对Cu RR有抑制作用。分子动力学（MD）模拟阐明了NTA对Co的络合机理,证明了TT-LYK在羟基化Cu2O表面以倾斜模式吸附。动态电化学实验进一步研究了络合和缓蚀行为对Cu电极电化学特性的影响。（3）研究了抛光液组分对RR选择性（Co RR:Cu RR）和电偶腐蚀的影响。NTA几乎不会影响RR选择性和腐蚀电位差,H2O2可以降低RR选择性,而TT-LYK可以使RR选择性升高并能有效抑制电偶腐蚀。（4）采用响应面法对抛光液进行了优化,开发了符合Co阻挡层CMP要求的新型抛光液:5 wt%胶体Si O2,0.5 wt%的H2O2,600 ppm TT-LYK和17 m M NTA。该抛光液可使Co/Cu之间的腐蚀电位差降至5 mV以内,并且RR选择性接近1。