单晶硅元件作为集成电路制造中的基础材料,是半导体工业的核心与根基,其表面质量的高低直接影响着集成电路的整体性能。单晶硅材料的传统化学机械抛光会在元件表面和亚表面产生大量划痕和杂质等缺陷,严重影响单晶硅片的表面质量。本文以单晶硅元件为研究对象展开了四部分研究,对单晶硅片CMP加工表面划痕形成机理进行分析和实验研究,以去除划痕为目的优化单晶硅片化学机械抛光工艺参数,利用同质互抛和非牛顿流体抛光方法对单晶硅片进行抛光加工抑制表面划痕,对单晶硅片CMP加工划痕钝化及清洗工艺进行研究。具体研究工作如下:对单晶硅片CMP加工表面划痕形貌、形成条件和尺寸关系进行分析。利用不同种类和粒径的磨料对单晶硅片进行CMP加工,分析磨料对表面划痕形貌的影响,结果表明:金刚石和碳化硅作为抛光粉表面以脆性划痕为主,氧化铝和氧化铈作为抛光粉以塑性划痕为主,划痕长度和宽度随着磨料粒径的增加而增加。并基于纳米压痕实验确定单晶硅片脆塑转变的临界载荷为35 m N。通过单因素探索实验分析传统CMP加工工艺参数（抛光盘转速、载物盘压力、抛光液浓度和抛光液流量）对表面划痕形貌的影响规律。通过响应曲面法建立表面划痕数量与四个工艺参数之间的数学模型。基于遗传算法和粒子群算法对所建立的数学模型进行优化求解,确定去除表面划痕的最佳工艺参数组合,并进行实验验证。分别研究单晶硅同质互抛和非牛顿流体抛光各种抛光液成分对表面划痕数量和材料去除率的影响规律,并确定同质互抛特制抛光液和非牛顿流体抛光液最佳成分。实验结果表明单晶硅同质互抛和非牛顿流体抛光相比于传统CMP加工能在保持高材料去除率的情况下,有效减小单晶硅表面划痕的数量和尺寸。最后通过实验研究不同清洗液和清洗工艺流程对单晶硅片清洗效果的影响规律,制定KOH+PVP+LAS新型清洗液和HCl+H2O2+H2O混合溶液组合使用的清洗方案,可以有效钝化划痕和去除杂质。检测表明超声辅助清洗能够明显提高划痕钝化和杂质去除的速率。