随着集成电路发展到GLSI阶段,多层金属互连层数高达10层以上,为达到光刻要求的纳米级精度,每层必须经过三次平坦化(铜膜的粗抛及精抛平坦化和阻挡层平坦化)。化学机械平坦化是深亚微米集成电路制造中的关键一步,而抛光工艺及材料的优化已经成为集成电路发展的瓶颈。由于Cu互连结构中包含多孔、易碎的低K介质材料,为了保证其完整性,铜化学机械平坦化必须在低压条件下进行。传统的铜CMP,硅溶胶被作为磨料粒子用来提高抛光速率。然而,磨料的加入容易产生凹陷、划伤等表面损伤,同时给抛光后清洗带来不便。因此,铜化学机械抛光应该在低压低磨料条件下进行,作为铜CMP关键技术的抛光液及其工艺的发展,必须以化学作用为主。研究了碱性抛光液各组分浓度及抛光工艺参数对多层铜布线CMP效果影响的单因素规律,优化了能够满足微电子技术进一步发展的碱性铜抛光液。本文旨在提高平坦化性能,同时减小压力与磨料的机械作用。由于降低的机械作用可能会带来抛光速率的下降,从而导致生产率的减少。因此,我们通过优化抛光液的组分,提高抛光液中螯合剂FA/OⅤ和氧化剂H2O2的化学作用来弥补损失的机械作用。研发了一种磨料浓度为3wt%的碱性抛光液,在抛光压力为1.5psi时能实现有效的平坦化,该抛光液的使用稳定时间达12小时以上,能够基本符合工业应用的要求。基于一种新型螯合剂FA/OⅥ,本文研发了一种磨料浓度为3wt%的碱性铜抛光液,分析了不同抛光工艺条件下粗抛和精抛过程中均使用这种抛光液的可行性。平坦化实验结果显示:粗抛应用该碱性抛光液,能够实现高速率下的高平坦化性能。精抛结束之后,碟形坑增大不明显,在可控范围之内。此外,应用该新型碱性抛光液抛光后铜膜表面粗糙度较小。与传统酸性抛光液平坦化性能对比表明,应用此碱性抛光液抛光后的平坦化能力和表面质量与酸性抛光液均差距不大。所研发的新型碱性抛光液成分简单,不含抑制剂如BTA,具有高速率下的高平坦化效率,实现了铜膜粗抛平坦化,精抛后的碟形坑可控。此新型碱性铜抛光液能够应用于多层铜布线的平坦化过程中。