在完成 Metal 3 Cu 电镀沉积后，晶圆表面覆盖着一层厚厚的过量铜（overburden），必须将其去除以在物理上隔离各个互连线路 。此 Cu CMP 步骤是双步平坦化序列的第一阶段，其目标是快速去除块状铜，并特意在下方的 Ta 基衬层处停止 。它与较早的底层 Cu CMP 步骤（如步骤 #222）不同，因为 Metal 3 通常作为更高层的布线层，具有更大的线宽和不同的图案密度，这使其更容易受到布局相关几何变化的影响 。通过清
除块状 Cu 并留下平坦化的表面，此步骤为后续的 Ta 基衬层 CMP 做好准备，该步骤最终将剥离阻挡层并露出电介质，为接下来的 ILD 3-1 沉积做准备 。Cu CMP 的物理和化学机制依赖于由表面氧化和磨料机械滑动驱动的高度耦合的化学机械过程 。在过氧化氢水基抛光液中，氧化剂和水分子与铜表面反应形成弱键中间体，如 Cue–H2O 和 Cue–OH，从而有效地形成比块状铜机械强度更低的反应层 。在纳米尺度上，磨料颗粒产生的滑动摩擦降低了屈服所需的 Hertzian 接触压力，使这些经化学弱化的层能够发生选择性塑性变形并以原子簇的形式被去除 。此外，由摩擦生热和抛光台冷却所调节的界面温度直接决定了热化学反应动力学；较高的界面温度会加速氧化过程，从而使材料去除速率呈指数级增加 。此步骤的材料和方法选择重点在于最大化铜的去除速率，同时确保对 Ta 基衬层具有极高的选择比 。现代抛光液配方通常利用含有氨基酸的中性 pH 环境进行 Cu 络合，并配合三唑类抑制剂，在 Ta 和 TaN 等非铜表面上形成致密的钝化吸附膜 。在抛光过程中，根据 Preston 经验定律调整下压力和抛光台转速等机械参数，以平衡机械剪切与化学溶解 。化学抑制剂的加入在平坦化效率方面也起着关键作用；它们保护凹陷的铜区域免受静态各向同性刻蚀，确保活性化学试剂仅快速溶解那些持续受到磨料机械清除的凸起区域 。在 纳米尺度 技术节点，严格控制这种化学机械平衡对于减轻由互连尺寸微缩引起的严重电性能退化至关重要 。由于铜本身比周围的阻挡层和电介质材料更软且化学活性更高，CMP 会导致铜表面产生凹陷，形成近似圆柱形的碟形凹陷（dishing）轮廓 。这种碟形凹陷现象直接减小了 Metal 3 线路的导电横截面积，显著增加了互连电阻，并加剧了全局布线路径中的 RC 延迟 。因此，必须严格控制抛光台冷却液温度、抛光液流速和活性抑制剂浓度，以最小化有效碟形凹陷半径，并确保晶圆范围内薄层电阻的严格控制 。
风险与挑战
[High] 金属凹陷 (Metal Dishing)：由于铜的机械硬度较低且化学活性高于周围的 Ta 基阻挡层和 SiO₂，宽 Metal 3 互连线内的局部抛光速率会超过相邻区域，导致金属厚度出现凹陷损失，进而直接增加互连电阻 。
[Medium] Cu 过量沉积去除不完全（残留）：如果抛光盘冷却液温度设置过低或研磨液分布不均匀，界面热化学氧化反应会受到抑制，导致 Cu 的总材料去除速率降低，从而可能留下导电铜残留并引发电气短路 。
[Medium] Cu 腐蚀与点蚀：研磨液配方失衡，特别是三唑类缓蚀剂相对于氧化剂的浓度不足时，无法对凹陷的铜表面进行充分钝化，导致不受控的化学溶解并产生表面缺陷 。
[Low] 阻挡层过早击穿：如果施加的机械下压力过大或研磨液缺乏足够的阻挡层保护络合剂，剧烈的机械切削作用可能会在体 Cu 清除步骤中局部击穿 Ta 基衬层，导致下方的电介质过早暴露 （工程实践）。