随着集成电路器件特征尺寸的持续缩小,晶圆尺寸的不断增大,为了更有效的提高器件的使用寿命和可靠性,要求晶圆表面必须实现全局平坦化,而铜互连线的化学机械抛光技术(CMP)是当前能够实现芯片表面全局平坦化的唯一实用技术。随着布线层数的增加和低K介质材料的应用,低压力CMP过程是目前攻关的关键技术,与此同时,为了减少CMP后晶圆表面的磨料粒子残留,低磨料浓度CMP过程的控制显得尤为重要。本文针对上述发展趋势,对低压力低磨料条件下CMP工艺与材料进行了理论与技术的研究。在铜互连线低压力低磨料化学机械平坦化过程中,碱性FA/O型螯合剂超强的螯合能力为铜膜获得高抛光速率和低表面粗糙度提供了保证。本文深入研究了Cu/SiO2催化体系对整个CMP过程中的化学反应速率的影响,并对该催化反应进行了电化学分析。在理论分析的基础上对300mm blanket铜膜进行了低磨料化学机械抛光,结果表明:在压力为13780Pa,抛光机转速为65/65rpm,流量为175ml/min,磨料浓度为0.5%,氧化剂浓度为0.5%,FA/O型螯合剂浓度为7%的工艺条件下,抛光速率为1120nm/min,表面非均匀性为0.059,表面粗糙度为5.49nm,抛光后铜膜表面缺陷明显减少。通过微孔道内抛光液流动模型解释了表面非均匀性变化的原因,并建立了适用于低磨料CMP过程的粗糙晶圆表面的液固化学反应动力学方程。通过对经典公式有关参数的修正,得到了适用于CMP过程的材料去除速率公式和平坦化模型。