硅通孔（TSV）技术,可以获得更好的集成电路兼容性和互连密度,使芯片的堆叠不再局限于面板级别,实现了2.5D/3D互连。但是相较于铜大马士革布线工艺,硅通孔铜镀层厚度可达到十几微米,需要更快的平坦化技术。研究硅通孔正面化学机械抛光（CMP）高速去除铜覆盖层、有效抑制碟形坑的生成以及表面质量的改善,是后续获得合格芯片的关键。本论文对碱性TSV铜层抛光液进行研究,主要目标是实现TSV铜层的高去除速率和低表面粗糙度。下面是本论文的主要研究内容:1.研究了磨料、H2O2和络合剂对铜抛光去除速率的影响。首先,对磨料混合比例和浓度进行探究,得出直径40 nm、60 nm、80 nm的磨料混合比例为1:3:2且总浓度为6 wt%时,铜去除速率、表面粗糙度和Cu/Ta/TEOS的速率选择比最合适。其次,研究H2O2-甘氨酸体系对铜的络合能力,得出H2O2和甘氨酸含量对铜去除速率的影响,分别确定了铜去除速率最高和Cu/Ta/TEOS速率选择比最佳的浓度配比;研究了柠檬酸铵作为辅助络合剂对H2O2-甘氨酸体系络合能力的促进效果,得到的抛光液配比为:0.5 wt%H2O2+5 wt%甘氨酸+2.5 wt%柠檬酸铵,该条件下,铜的去除速率能达到8.6μm/min。2.研究了缓蚀剂和非离子表面活性剂对铜抛光效果的影响。研究了缓蚀剂1,2,4三唑（TAZ）对铜CMP的缓蚀作用,得到了TAZ浓度与铜抛光去除速率、铜膜表面粗糙度的关系。通过比较两种非离子活性剂（吐温-20、吐温-80）在铜表面的表面张力、接触角和铺展系数,发现吐温-20对铜表面的润湿效果强于吐温-80,研究了吐温-20对铜抛光效果的影响。综合比较,在抛光液中加入1 mmol/L TAZ和1 ml/L吐温-20时比较合适,抛光速率达到3688 nm/min,表面粗糙度Sq为1.3 nm,满足工业要求。3.研究了混合磨料和复合络合剂对铜抛光的作用机理。通过磨料磨损机制和磨料密堆积形成条件建立了磨料、铜片和抛光垫的接触模型,计算了磨料和铜片的接触面积,研究了混合磨料对铜抛光的作用机理。创新性地提出复合络合剂（甘氨酸和柠檬酸铵）,建立两者在铜表面的相关反应机制模型,提出了柠檬酸根和NH4+对铜去除速率的协同作用机理和机制。