本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法。
背景技术：
随着元器件的不断小型化和集成电路的不断大规模化，后端的RC延迟成为影响集成电路信号处理速率的重要因素。RC延迟为集成电路上导线电阻和层间寄生电容之间产生的延迟。为了降低后端互连线的RC延迟，在当前高技术节点(如28nm和55nm)工艺中，往往通过增加金属互连线之间填充介质的孔隙率来减小填充介质的介电常数，从而降低RC延迟。
但是，增加介质孔隙率后会对集成电路的性能、良率等造成一些不利的影响，如介质的机械强度下降，更容易受到制造工艺中等离子轰击的影响，介质和互连线更容易遭受金属离子和水汽的扩散的影响等。显然，无论是介电常数的降低，还是上述不利影响，都与孔道的连通性有关。比如，在同样的孔隙率下，孔之间相互孤立的结构远比相互连通的结构更能抑制金属离子、水汽扩散，同时还具有更好的介质和互连线可靠性。
所以，如果能够实现对多孔介质层孔道连通性的原位监测，将有利于揭示工艺、孔结构和性能、可靠性之间的联系，从而给工艺的优化和改进提供依据。
现有技术中对于薄膜多孔介质层孔道连通性的测量方法包括有气体吸附法、椭偏仪法、X射线或中子小角散射法和正电子素湮灭法等。
气体吸附法需要测量吸附前后多孔介质的重量变化。但是，对于由较厚的基板支撑并含有大量金属互连线的后端多孔薄膜来说，这种方法缺乏准确性。
椭偏仪法是一种光学方法，需要测量多孔介质层在填充某种非润湿流体前后折射率和偏振情况的变化。但由于很难知道含有金属线后介质的真实折射率，也无法准确计算其孔结构。
X射线或中子小角散射法也需要比较多孔介质层在填充某种非润湿流体前后散射谱的变化，并且它还需要将多层膜堆叠起来以增加厚度从而增加散射强度和探测灵敏度。由于光、X射线或中子在介质中的传播会受到大量金属互连线的干扰，同样无法准确计算其孔结构
正电子素湮灭法是通过测量正电子素的湮灭寿命谱来表征孔结构的，由于正电子素对各种尺寸的缺陷(空位、孔洞、杂质等)都比较敏感，它对孔洞的探测也容易受到介质中的金属线及金属/介质界面缺陷的干扰，导致低估其孔道连通性。
另外，现有的几种方法均操作复杂，且都需要精密昂贵的仪器，成本较高。所以，它们都不于进行晶圆上多孔介质层孔连通性的原位测量。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法，提供一晶圆，所述晶圆表面依次覆盖有一介质层和一介质阻挡层，其特征在于，所述介质层中预设有复数个金属互连结构，每个所述金属互连结构两侧设置有一密封结构，所述密封结构采用与所述金属互连结构相同的制造工艺，所述金属互连结构还连接一预设的引线结构，还包括以下步骤：
步骤S1，预设一组第二预定距离值，并从中选取一第二预定距离为当前第二预定距离；
步骤S2，以平行于所述金属互连结构的长度方向，且距所述金属互连结构的边缘一第一预定距离的直线为第一切割线，以平行于所述金属互连结构的宽度方向，且距所述金属互连结构的边缘所述当前第二预定距离的直线为第二切割线，对复数个所述金属互连结构中的至少2个进行切割，得到一组待测样品；
步骤S3，判断是否有未使用的所述第二预定距离，
若有，选取一未使用的所述第二预定距离作为所述当前第二预定距离值，进行步骤S2；
若无，进行步骤S4；
步骤S4，通过铝线将所述引线结构与一底座进行连接；
步骤S5，在一预定条件下，通过一测试机台对每个所述待测样品进行电阻测试；
步骤S6，收集每个所述待测样品的电阻数据，绘制每个所述待测样品的电阻-时间关系曲线；
步骤S7，根据所述电阻-时间关系曲线与对应的所述第二预定距离计算孔道连通性参数。
其中，所述金属互连结构为一具有一预定长度的金属互连线。
其中，所述金属互连结构通过一金属阻挡层与所述介质层进行隔离。
其中，所述导电结构包括四个金属焊盘，每两个所述金属焊盘通过一引线连接所述金属互连结构的一端。
其中，所述预定长度为5μm。
其中，所述底座为一带有引脚的底座，通过所述引脚进行所述电阻测试。
其中，所述密封结构与所述金属互连结构的间距为工艺允许的最小间距。
其中，所述第二预定距离大于所述预定长度的十倍。
其中，所述步骤S3中，所述预定条件包括温度不低于300℃，气氛为空气或含水汽的气氛。
其中，所述步骤S5中，所述孔道连通性参数为迂曲分形维数，所述迂曲分形维数的计算方法为：
式中，为所述测试样品的电阻变化速率，Dt为迂曲分形维数，l为第二预定距离。
有益效果：本方法可以方便地实现后端介质层的孔道连通性的量化评价，为工艺的评估和改善提供依据。通过原位测量，消除了使用其他方法时可能引入的其他干扰因素；避免专门制造空片所造成的浪费，测试结果可以反映所有工艺过程对介质的影响。同时，无需对晶圆上的介质层进行诸如研磨、剥离等复杂操作，可以有效减少试验难度和成本。
附图说明
图1为本发明一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法具体实施例的步骤流程图；
图2为本发明一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法具体实施例中金属互连结构的布局示意图；
图3为本发明一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法具体实施例中金属互连结构的截面示意图；
图4为本发明一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法具体实施例中待测样品电阻测量方式的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1、图2、图3和图4所示，提出一种检测晶圆上介质层孔道连通性的方法，提供一晶圆，所述晶圆表面依次覆盖有一介质层23和一介质阻挡层21，其中，所述介质层23中预设有一金属互连结构11，所述金属互连结构11两侧设置有一密封结构12，所述密封结构12采用与所述金属互连结构11相同的制造工艺，所述金属互连结构11还连接一预设的导电结构，还包括以下步骤：
步骤S1，预设一组第二预定距离值，并从中选取一第二预定距离为当前第二预定距离；
步骤S2，以平行于所述金属互连结构11的长度方向，且距所述金属互连结构11的边缘一第一预定距离的直线为第一切割线142，以平行于所述金属互连结构11的宽度方向，且距所述金属互连结构11的边缘当前第二预定距离13的直线为第二切割线141，对复数个所述金属互连结构11中的至少2个进行切割，得到一组待测样品；
步骤S3，判断是否有未使用的所述第二预定距离，
若有，选取一未使用的所述第二预定距离作为所述当前第二预定距离值，进行步骤S2；
若无，进行步骤S4；
步骤S4，通过一铝线将所述引线结构与一底座进行连接；
步骤S5，在一预定条件下，通过一测试机台对每个所述待测样品进行电阻测试；
步骤S6，收集每个所述待测样品的电阻数据，绘制每个所述待测样品的电阻-时间关系曲线；
步骤S7，根据所述电阻-时间关系曲线与对应的所述第二预定距离13计算孔道连通性参数。
上述技术方案中，介质层23为一多孔介质层。通过上述技术方案，从晶圆上切割待测样品，可以方便地对多孔介质的孔道连通性进行原位测量，实现对孔道连通性的量化评价，为后续的工艺评估和改善提供依据。
在一个较佳的实施例中，所述金属互连结构11为一具有一预定长度的金属互连线。
具体的，金属互连线的长度可以为5μm。
上述技术方案中，5μm长的金属互连线可以抑制电阻检测过程中的电迁移。
在一个较佳的实施例中，所述金属互连结构11通过一金属阻挡层22与所述介质层23进行隔离。
上述技术方案中，使用金属阻挡层22作为金属互连结构11与介质层23的隔离为本领域技术人员熟知的工艺，因此不再赘述，需要说明的是，该实施例中采用金属阻挡层22仅用于说明技术方案的可行性，并非对本发明的保护范围进行限制。
在一个较佳的实施例中，所述引线结构包括四个金属焊盘，每两个所述金属焊盘通过一引线连接所述金属互连结构的一端。
具体的，如图4所示，金属焊盘包括两个外部焊盘31和两个内部焊盘32。其中，外部焊盘31作为施加电流的端口，内部焊盘32作为测量电压的端口。得到测量结果后，将电压除以电流即可得出测试结构的阻值。
在一个较佳的实施例中，所述密封结构12与所述金属互连结构11的间距为工艺允许的最小间距。
上述技术方案中，密封结构12可以对测量过程中的水汽加以限制，使水汽沿着近似平行于金属互连结构11的长度方向进行扩散。
在一个较佳的实施例中，所述第二预定距离13大于所述预定长度的十倍。
具体的，第二预定距离13的大小可以取50～400μm。
上述技术方案中，取尽可能大的第二预定距离可以提高测试结果的准确性。
在一个较佳的实施例中，底座可以为一24Pin陶瓷底座。将金属焊盘通过铝线与24Pin陶瓷底座的引脚连接后，可以通过四端法进行待测样品阻值的测量。
在一个较佳的实施例中，所述步骤S3中，所述预定条件包括温度条件和气氛条件。
具体的，测试时温度不低于300℃，气氛可以为空气或含水汽的气氛。
上述技术方案中，在对待测样品进行高温电阻监测的过程中，气氛中的水汽会通过介质层23向金属互连结构11扩散，并且氧化金属互连结构11周围的金属阻挡层22，这会导致金属阻挡层22的有效厚度减薄，从而引起导电电子在金属线/金属阻挡层界面处的散射几率减小，金属互连结构11的电阻也就随高温烘烤的时间增加而减小了。在300℃以上，这一过程由水汽在介质层23的孔道中的吸附/扩散控制，而水汽的吸附/扩散则与孔道的连通性有关。因此，可以通过监测金属互连结构11在高温和水汽环境中的电阻变化速率来间接地测量介质层23的孔道连通性。
具体的，测试时温度可以取325℃，气氛可以为空气，湿度可以为40％～60％。
上述技术方案中，在测量一段时间，例如100小时后，提取待测样品的电阻-时间关系曲线的斜率，以同一尺寸的多颗待测样品的斜率平均值作为相应第二预定距离13下的电阻变化率。
具体的，可以在相同的温度下监测至少3种不同第二预定距离13的待测样品的电阻变化率。其中，同一第二预定距离13的待测样品应至少监测15颗以上。
在一个较佳的实施例中，所述步骤S5中，所述孔道连通性参数为迂曲分形维数，所述迂曲分形维数的计算方法为：
式中，为所述测试样品的电阻变化速率，Dt为迂曲分形维数，l为当前第二预定距离，“～”符号表示成正比关系。
上述技术方案中，在对数坐标下画出电阻变化率与对应第二预定距离13的关系，并进行直线拟合，拟合得到的直线的斜率的绝对值为测试结构周围同层介质的孔道迂曲分形维数。
上述技术方案中，由于迂曲分形维数的值的范围为1～3，且迂曲分形维数越接近3，说明孔道越曲折，相邻孔之间连通几率小；迂曲分形维数越接近1，说明孔道越接近于直管形式，相邻孔连通几率大，多孔介质层的连通性高。所以，根据在不同工艺条件下测量得到的测试结构的迂曲分形维数的值，可以对多孔介质层孔道连通性的变化趋势进行判断。
综上所述，利用上述技术方案，可以对晶圆上介质层23的孔道连通性进行原位测量，消除了使用其他方法时可能引入的其他干扰因素；避免专门制造空片所造成的浪费，可以对用完整工艺制造的产品直接进行测试，测试结果可以反映所有工艺过程对介质的影响；无需对晶圆上的介质层进行诸如研磨、剥离等复杂操作，可以有效减少试验难度和成本；待测样品的制造与测试所需的试验仪器为集成电路制造企业的固有设备，故无需为试验增加新的设备。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。