随着集成电路发展到GLSI阶段,化学机械平坦化已成为微电子领域实现晶圆全局平坦化的唯一有效方法。双大马士革工艺电镀铜后晶圆表面存在高低差,为了满足图像分辨率、聚焦和光刻要求的纳米精度,多层布线每层必须进行平坦化。粗抛作为平坦化的第一步骤,其表面平坦化程度与效果,对随后的布线将会产生重要影响,直接影响精抛与阻挡层的抛光效率与效果,因此粗抛对整个铜布线片而言至关重要。表面一致性、局部和全局平坦化、高速率下的高平坦化性能、低粗糙度是粗抛过程亟待解决的攻关难题,涉及到理论、方法、材料和工艺。本论文主要研究适用于铜布线的新型碱性铜粗抛液,与传统酸性抛光液相比,成分简单,环保,不腐蚀设备。采用自主研发的多羟多胺大分子螯合剂,具有较高的化学势能,使凸处抛后产物在碱性条件下可溶,解决了化学机械抛光碱性化问题。利用CMP条件下大分子络合剂凸处强络合作用和氧化剂凹处钝化作用,有效避免添加腐蚀抑制剂BTA,实现高的凹凸速率差,达到高速率下高平坦化目的。利用非离子表面活性剂,降低表面张力,加快凸处质量传递,凹处优先吸附,提高表面一致性。利用磨料机械磨削作用,提高凸处去除速率。通过对各组分的单因素速率和平坦化性能实验研究分析,找出其变化规律。结合络合理论、平衡理论、质量传递理论和自钝化理论,针对碱性条件的关键问题进行深入研究,确定了粗抛液材料量化值的选取与优化,优化工艺参数为:粗抛时间60s,抛头/抛盘转速87/93rpm,流量300ml/min,压力1psi时的最佳配比:纳米SiO₂磨料5wt%,FA/OⅡ型螯合剂3vol%,FA/OⅠ型非离子表面活性剂6vol%,H₂O₂ 3vol%。在以上工艺条件下,12inch铜光片上的去除速率达到6863.80?/min,片内非均匀性为3.17%,抛后粗糙度仅为0.319nm。此粗抛液达到较高的凹凸速率差,在12inch 1层图形片上65nm特征尺寸下单位时间内剩余高低差仅为562?,能有效消除高低差,为提高布线表面平坦化获得技术新突破。