CN112179927A - 透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法 - Google Patents

透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法，其中，所述透射电镜试样的制备方法包括：在待测结构中确定测试区域；在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿第一方向的两端分别与所述测试区域的边缘具有第一预设距离，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°；去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。

Description

透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法
技术领域
本申请实施例涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法。
背景技术
在对三维闪存结构的晶圆进行微观物理结构观测、关键尺寸测量和元素分析时，通常需要利用聚集离子束-扫描电子束双系统制备透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope，TEM)样品。在样品的制备过程中，首先将包含目标区域的样品从晶圆上剥离，并粘贴到制样台铜栅(Grid)的侧面，最后再对样品进行精确减薄，使样品的厚度达到满足透射电镜分析的厚度(小于100nm)要求。
相关技术中，在样品制备过程中，由于样品的厚度不断降低，通常在样品的厚度小于150nm时，样品会因为应力问题产生变形，进而在采用聚焦离子束(Focused Lon Beam，FIB)进一步减薄样品时变形区域的厚度均匀性差异更大，最终导致形成的样品无法满足透射电镜分析要求。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法，能够在对去除待去除结构后的样品进行减薄处理时，减少样品的变形，获得均匀地透射电镜试样。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种透射电镜试样的制备方法，所述方法包括：
在待测结构中确定测试区域；
在所述测试区域中确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿第一方向的两端分别与所述测试区域的边缘具有第一预设距离，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°；
去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。
在其他实施例中，所述去除所述待去除结构，包括：
沿第三方向，去除所述待去除结构，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
在其他实施例中，所述测试区域包括叠层，所述第二方向为所述叠层的堆叠方向，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述在所述测试区域中确定待分析结构，包括：
确定所述叠层中的至少一层作为目标层；
将所述目标层划分为中间区域以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿所述第一方向并列排布，将所述中间区域确定为所述待分析结构。
在其他实施例中，所述待测结构还包括衬底，所述叠层堆叠于所述衬底上；所述制备方法还包括：
沿第三方向去除部分衬底以在所述衬底上形成凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
在其他实施例中，所述制备方法还包括：
在对所述待去除结构进行去除之后，采用聚焦离子束减薄工艺对所述待分析结构进行减薄处理，以使得所述待分析结构沿所述第二方向的厚度减薄至预设厚度。
在其他实施例中，所述制备方法还包括：
在去除所述待去除结构之前，沿所述第三方向在所述待分析结构表面沉积保护层并暴露出所述待去除结构的表面。
在其他实施例中，所述待测结构包括至少两个沿所述第一方向排布的测试区域；所述在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，包括：
在每一所述测试区域中分别确定所述待分析结构和所述待去除结构，所述待分析结构沿所述第一方向的两端分别与对应的所述测试区域的边缘具有第二预设距离，所述待去除结构位于对应的所述待分析结构沿所述第二方向的投影区域内；所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与对应的所述待去除结构接触；
去除所述待去除结构，以得到每一所述测试区域的透射电镜试样。
在其他实施例中，所述待去除结构位于所述待分析结构在第二方向上的两侧，所述去除所述待去除结构，包括：
去除位于所述待分析结构两侧的待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
第二方面，本申请实施例提供一种待测结构的失效分析方法，所述方法包括：
通过上述所述的制备方法对所述待测结构进行处理，以制备透射电镜试样；
对所述透射电镜试样的待分析结构进行失效分析。
第三方面，本申请实施例提供一种透射电镜试样，包括：待分析结构和与所述待分析结构连接的支撑结构；
所述支撑结构位于所述待分析结构在第一方向上的两侧，且所述待分析结构在所述第一方向上的两个侧面分别与所述支撑结构的侧壁接触，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。
在其他实施例中，所述U型支架的开口朝向第二方向，所述透射电镜试样还包括衬底；
所述衬底与所述待分析结构在所述第二方向上相对设置，所述衬底与两侧的所述支撑结构接触以围合所述U型支架，其中，所述衬底具有凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
在其他实施例中，所述待分析结构的个数为预设个数，所述预设个数大于1；其中，所述预设个数的待分析结构沿所述第一方向间隔排布，且每一所述待分析结构对应连接有一个所述支撑结构，每一所述支撑结构与对应待分析结构形成一体成型的至少一个所述U型支架。
在其他实施例中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
在其他实施例中，所述透射电镜试样为三维存储器的试样，所述待分析结构和所述支撑结构形成叠层。
本申请实施例提供一种透射电镜试样及其制备方法、待测结构的失效分析方法，由于可以在待测结构的测试区域中确定出待分析结构和待去除结构，其中，待分析结构沿第一方向的两端分别与测试区域的边缘具有第一预设距离，待去除结构位于待分析结构沿第二方向的投影区域内；并在去除所述待去除结构的同时，保留在第一方向上位于待去除结构两侧的至少部分测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，如此，可以在后续对去除待去除结构的试样进行减薄处理时，减少样品的变形，获得均匀地透射电镜试样。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1A为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品粘贴在铜栅侧面的示意图；
图1B为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品变形的示意图；
图1C为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品的厚度示意图；
图2为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图；
图3A为本申请实施例提供的待测结构固定在制样台上的示意图；
图3B为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图；
图3C为本申请实施例提供的确定待分析结构和待去除结构的结构示意图；
图3D为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图；
图3E为本申请实施例提供的透射电镜试样的剖面图；
图3F为本申请实施例提供的透射电镜试样的俯视图；
图4为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图；
图5A为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图；
图5B为本申请实施例提供的在待分析结构上沉积保护层的结构示意图；
图5C为本申请实施例提供的去除待去除结构后的待测结构的结构示意图；
图5D为本申请实施例提供的在衬底上形成凹槽的结构示意图；
图5E为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图；
图7A为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图；
图7B为本申请实施例提供的在每一待分析结构上沉积保护层的结构示意图；
图7C为本申请实施例提供的去除每一待测结构中的待去除结构的结构示意图；
图7D为本申请实施例提供的在衬底上形成凹槽的结构示意图；
图7E为本申请实施例提供的两个透射电镜试样的结构示意图；
图8A为本申请实施例提供的待测结构的失效分析方法的实现流程示意图；
图8B为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的样品的侧视图；
图8C为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的沉积保护层之后的样品的侧视图；
图8D为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的样品俯视图；
图8E为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的在样品中形成U型支撑框架的俯视图；
图8F为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的仅包含一个目标测试区域的样品的结构示意图；
图8G为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的对目标测试区域减薄后的俯视图；
图8H为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的对目标测试区域减薄后的侧视图；
图9为本申请实施例提供的待测结构的失效分析方法的流程示意图；
图10为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般来说，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排他性的罗列，方法或者装置也可能包含其他的步骤或元素。
空间关系术语例如“在……上”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用，从而描述图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”或“连接到”其他元件或层时，其可以直接地在其他元件或层上、与之相邻或连接到其他元件或层，或者可以存在居间的元件或层。
在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
相关技术中，在对待测结构，如三维堆叠结构的晶圆进行失效分析时，首先，采用聚焦离子束，将包含目标区域的样品从晶圆上剥离，并将剥离后的样品粘贴到铜栅的侧面，如图1A所示，为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品粘贴在铜栅侧面的示意图，可以看出，样品10被粘贴在制样台上铜栅11侧面的表面上。
相关技术中，由于是通过聚焦离子束对样品中的整个目标区域进行减薄处理，通常在样品的厚度小于150nm时，样品会因为应力问题产生变形，造成聚焦离子束在进一步减薄样品时变形区域的厚度均匀性差异更大，如图1B所示，为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品变形的示意图，可以看出，图中标出的区域12处已经弯曲。如图1C所示，为相关技术中通过聚焦离子束系统观测到的样品的厚度示意图，从图1C中可以看出，样品的厚度呈现出比较大的差异。
基于相关技术中对样品处理时存在的上述问题，本申请实施例提供一种晶圆的失效分析方法及透射电镜试样的制备方法，能够减少样品的变形，提高样品制备的均匀性。
图2为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S201、在待测结构中确定测试区域。
这里，所述待测结构可以为任何需要测试的结构，例如，叠层结构或其他结构；所述测试区域为所述待测结构中的部分结构。首先，通过聚焦离子束系统将待测结构从整个器件上剥离；其次，将剥离的待测结构粘贴在制样台上，这里，所述制样台可以为铜栅。如图3A所示，为本申请实施例提供的待测结构固定在制样台上的示意图，可以看出，待测结构30的YZ面被粘贴在制样台中铜栅31的表面上，本申请实施例中，通过沿Z轴方向对所述待测结构30进行处理。
这里，所述待测结构可以是三维闪存结构，也可以是其它结构。如图3B所示，为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图，可以看出图3B中左边的图为初始待测结构的主视图30-1，将初始待测结构翻转形成待测结构30(即图3B中右边所示的图)，其中，待测结构30中YZ面为与制样台固定的一面，所述待测结构30由存储叠层301沉积在衬底302上形成，所述存储叠层301由多个氧化物层和多个氮化硅层交替堆叠形成的。
在一些实施例中，所述待测结构的YZ面与所述制样台可以通过沉积的金属层来固定，也可以通过使用耐高温粘结剂进行固定，这里，沉积金属层可以通过聚焦离子束系统来实现，所述金属层可以是金属钨层。
步骤S202、在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿第一方向的两端分别与所述测试区域的边缘具有第一预设距离，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触。
本申请实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°。图3C为本申请实施例提供的确定待分析结构和待去除结构的结构示意图，如图3C所示，在所述待测结构30中，将平面3011及其沿XY面以下的区域确定为待分析结构，并且将平面3012及其沿XY面以下的区域、平面3013面及其沿XY面以下的区域确定为待去除结构。
这里，所述第一方向可以为X轴方向，所述第二方向可以为Y轴方向。所述待分析结构沿X轴方向的两端分别与所述测试区域3010的边缘具有第一预设距离，这里，第一预设距离可以为任意合理的数值。所述待去除结构位于所述待分析结构沿Y轴方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述Y轴方向的两个侧面分别与所述待去除结构接触。
步骤S203、去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样。
图3D为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图，如图3D所示，去除所述待去除结构3012'(平面3012及其沿XY面以下的区域)和3013'(平面3013及其沿XY面以下的区域)后，所述测试区域只包含待分析结构3011'(平面3011及其沿XY面以下的区域)，所述透射电镜试样30'在还包括X轴方向上位于所述待去除结构3012'和3013'两侧的部分待测结构作为支撑结构，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的两个U型支架。
本申请实施例中，可以根据实际工艺的需要，采用等离子体刻蚀、光刻蚀等干法刻蚀方法，对所述待去除结构进行去除。图3E为本申请实施例提供的透射电镜试样的剖面图，图3E中的平面3012”和3013”为所述透射电镜试样30'沿Z轴方向的剖面图，平面3011”为所述待分析结构沿Z轴方向的剖面图。图3F为本申请实施例提供的透射电镜试样的俯视图，如图3F所示，所述透射电镜试样30'包括两个由所述支撑结构与所述待分析结构形成的一体成型的U型支架302和303。
本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法，由于可以在待测结构的测试区域中确定出待分析结构和待去除结构，其中，待分析结构沿第一方向的两端分别与测试区域的边缘具有第一预设距离，待去除结构位于待分析结构沿第二方向的投影区域内；并且在去除所述待去除结构的同时，保留在第一方向上位于待去除结构两侧的至少部分测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，如此，可以在后续对去除待去除结构的试样进行减薄处理时，减少样品的变形，获得均匀地透射电镜试样。
图4为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图，如图4所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S401、在待测结构中确定测试区域，其中，所述测试区域至少包括叠层。
在一些实施例中，通过特定的剥离方式，将所述测试区域从所述待测结构中剥离，并将所述待测结构固定在制样台上进行制样。本申请实施例中，以所述待测结构为叠层为例，进行说明。
步骤S402、确定所述叠层中的至少一层作为目标层。
在一些实施例中，所述目标层可以是所述叠层中的任意一层或任意多层。如图5A所示，为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图，所述待测结构至少包括：叠层501，确定所述叠层501中的5011层为目标层。
这里，待测结构50中的YZ面是与制样台固定的一面，在一些实施例中，可以通过沉积金属层的方式将所述待测结构50的YZ面与制样台固定。
步骤S403、将所述目标层划分为中间区域以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿所述第一方向并列排布，将所述中间区域确定为所述待分析结构。
请继续参见图5A，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为所述叠层的堆叠方向，即Y轴方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。所述中间区域为所述目标层5011中平面5011'及其沿XY面以下的区域；所述边缘区域位于所述中间区域的两侧；所述中间区域和所述边缘区域沿所述X轴方向并列排布。本申请实施例将平面5011'及其沿XY面以下的区域确定为所述待分析结构。
在一些实施例中，所述目标层的中间区域是指：在X轴方向上，所述中间区域的两端不与所述目标层的边缘接触；在Y轴方向上，所述中间区域的两端可以与所述目标层接触，也可以不与所述目标层接触。需要说明的是，所述待分析结构沿X轴的两端分别与所述叠层的边缘具有第一预设距离，本申请实施例中，对第一预设距离的大小不做限制。
步骤S404、在所述待分析结构表面沉积保护层。
本申请实施例中，所述保护层是为了对所述待分析结构进行保护，避免在后续对其他结构进行去除时，破坏所述待分析结构。如图5B所示，为本申请实施例提供的在待分析结构上沉积保护层的结构示意图，所述保护层503可以是：碳层、氧化物层或金属层，本申请实施例中，对保护层的材料不作限制。
在一些实施例中，可以通过聚焦离子束系统在所述待保留区域表面沉积保护层。
步骤S405、在所述叠层中确定待去除结构，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触。
在一些实施例中，请继续参见图5B，所述第二方向为Y轴方向，在所述叠层501中，将平面5012及其沿XY面以下的区域、平面5013面及其沿XY面以下的区域确定为待去除结构。所述待分析结构朝向Y轴方向的两个侧面分别与所述待去除结构接触。
在一些实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°。
步骤S406、沿第三方向，去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构。
所述第三方向为Z轴方向，所述第一方向X轴方向，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
图5C为本申请实施例提供的去除待去除结构后的待测结构的结构示意图，结合图5B和5C所示，沿Z轴方向去除所述待去除结构5012'(平面5012及其沿XY面以下的区域)和所述待去除结构5013'(平面5013面及其沿XY面以下的区域)，在去除所述待去除结构5012'和5013'以后，所述待测结构的叠层中包含待分析结构5011'。所述叠层50'还包括在X轴方向上位于所述待去除结构5012'和5013'两侧的部分叠层作为支撑结构，其中，所述支撑结构与所述待分析结构5011'形成一体成型的两个U型支架。
这里，可以采用聚焦离子束对所述待去除结构的叠层结构进行去除。
步骤S407、沿第三方向去除部分衬底以在衬底上形成凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
在一些实施例中，所述第三方向为Z轴方向，所测试区域还包括：衬底502(参见图5C)。所述叠层堆叠于所述衬底上，所述待去除结构还包括部分厚度的衬底。
需要说明的是，后续对待分析结构进行测试时，由于在第二方向(Y轴方向)上，所述衬底的存在会影响对所述待分析结构的测试，因此，需要去除部分衬底，以在所述衬底上形成凹槽，使得衬底在Z轴方向的高度，小于所述待分析结构在Z轴方向的高度，即所述待分析结构在Z轴方向的高度与所述衬底在Z轴方向上的高度具有预设差值，所述差值可以是500nm，也可以是800nm。
如图5D所示，为本申请实施例提供的在衬底上形成凹槽的结构示意图，所述去除处理后的衬底302'具有一凹槽，通过所述衬底302'上的凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
步骤S408、采用聚焦离子束减薄工艺对所述待分析结构进行减薄处理，以使得所述待分析结构沿所述第二方向的厚度减薄至预设厚度，得到透射电镜试样。
这里，聚焦离子束减薄工艺是将离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后作用于样品表面的工艺。所述预设厚度可以是任意测试设备要求的测试样品的厚度，本申请实施例中，对预设厚度的数值不作限定。如图5E所示，为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图，其中，所述透射电镜试样50'包括采用聚焦离子束工艺减薄处理后的待分析结构504。
本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法，由于可以在测试区域的目标层中确定待分析结构，其中，所述待分析结构位于所述目标层的中间区域；并在测试区域中确定待去除结构，待去除结构位于待分析结构沿第二方向的投影区域内；并沿第三方向对所述待去除结构进行去除处理，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，对去除待去除结构的待分析结构进行减薄处理，得到透射电镜试样，如此，可以在对样品进行减薄处理时，减少样品的变形，获得均匀地待分析样品。
在一些实施例中，所述待测结构包括至少两个沿所述第一方向排布的测试区域，所述测试区域至少包含一个目标层，所述目标层中至少包含一个待分析结构。本申请实施例，以所述待测结构包括两个待测结构，其中，每个待测结构包含一个目标层，每个目标层中包括一个待分析结构为例，进行说明。图6为本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法的实现流程示意图，如图6所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S601、在待测结构中确定测试区域。
这里，所述待测结构包括两个待测结构，每一所述待测结构分别为一个测试区域。图7A所示，为本申请实施例提供的待测结构的结构示意图，所述待测结构70包括两个测试区域701和702。
步骤S602、沿第三方向，将所述待测结构划分为至少两个所述测试结构。其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
本申请实施例中，所述两个待测结构701和702是通过沿Y轴的方向，从图7A中示出的虚线处，对所述测试结构70进行划分而来。
步骤S603、在每一所述测试区域中分别确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿所述第一方向的两端分别与对应的所述测试区域的边缘具有第二预设距离，所述待去除结构位于对应的所述待分析结构沿所述第二方向的投影区域内；所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与对应的所述待去除结构接触。
本申请实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180。
在一些实施例中，所述第一方向可以为X轴方向，所述第二方向可以为Y轴方向，所述待测结构701包括目标层7011，将所述目标层7011划分为中间区域(平面7011'及其沿XY面以下的区域)以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿X轴并列排布，将所述中间区域确定为所述待测结构701的待分析结构。所述待分析结构沿X轴的两端分别与待测结构701的边缘具有第二预设距离，这里，所述第二预设距离可以是任意合理的数值，所述第二预设距离和所述第一预设距离相同或不同。所述待测结构701中的待去除结构位于所述待测结构701的待分析结构沿Y轴方向的投影区域内，且所述待测结构701的待分析结构朝向Y轴方向的侧面与对应的待去除结构接触。
所述待测结构702包括目标层7021，将所述目标层7021划分为中间区域(平面7021'及其沿XY面以下的区域)以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿X轴并列排布，将所述中间区域确定为所述待测结构702的待分析结构。所述待分析结构沿X轴的两端分别与待测结构702的边缘具有所述第二预设距离，所述第二预设距离和所述第一预设距离相同或不同。所述待测结构702中的待去除结构位于所述待测结构702的待分析结构沿Y轴方向的投影区域内，且所述待测结构702的待分析结构朝向Y轴方向的侧面与对应的待去除结构接触。
步骤S604、分别在每一待分析结构表面沉积保护层。
图7B为本申请实施例提供的在每一待分析结构上沉积保护层的结构示意图，本申请实施例中，在待分析结构的表面7011'上沉积了保护层703，在待分析结构7021'的表面沉积了保护层704。这里，所述保护层703和704可以是：碳层、氧化物层或金属层。
步骤S605、沿第三方向，去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构。
其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面，这里，所述第三方向可以是Z轴方向。
在一些实施例中，所述待去除结构位于所述待分析结构在第二方向上的两侧，所述去除所述待去除结构，包括：去除位于所述待分析结构两侧的待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
如图7C所示，为本申请实施例提供的去除每一待测结构中的待去除结构的结构示意图，结合图7B和7C，沿Z轴方向去除所述待测结构701中的待去除结构7012'(平面7012及其沿XY面以下的区域)和所述待去除结构7013'(平面7013面及其沿XY面以下的区域)，在去除所述待去除结构7012'和7013'之后，所述待测结构还包括：位于所述保护层703之下的待分析结构和在X轴方向上位于所述待去除结构7012'和7013'两侧的部分待测结构作为支撑结构，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的两个U型支架。
在一些实施例中，沿Z轴方向去除所述待测结构702中的待去除结构7022'(平面7022及其沿XY面以下的区域)和所述待去除结构7023'(平面7023面及其沿XY面以下的区域)，在去除所述待去除结构7022'和7023'以后，所述待测结构还包括：位于所述保护层704之下的待分析结构和在X轴方向上位于所述待去除结构7022'和7023'两侧的部分待测结构作为支撑结构，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的两个U型支架。
这里，可以采用聚焦离子束对每一所述待测区域中的所述待去除结构的进行去除。
步骤S606、沿所述第三方向，去除部分衬底以在衬底上形成凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
请继续参见图7C，所述第三方向为Z轴方向，所述待测结构还包括：衬底705。需要说明的是，后续对每一待测区域中的待分析结构进行测试时，由于在第二方向(Y轴方向)上，所述衬底的存在会影响对每一所述待分析结构的测试，因此，需要去除部分衬底，以在所述衬底上形成凹槽，使得衬底在Z轴方向的高度，小于每一所述待分析结构在Z轴方向的高度。
如图7D所示，为本申请实施例提供的在衬底上形成凹槽的结构示意图，所述去除处理后的衬底705'具有与每一待分析结构对应的凹槽，通过所述衬底705'上的凹槽暴露出至少部分每一所述待分析结构。
步骤S607、采用聚焦离子束减薄工艺对每一所述待分析结构进行减薄处理，以使得每一所述待分析结构沿所述第二方向的厚度减薄至预设厚度，得到透射电镜试样。
本申请实施例中，通过聚焦离子束对每一所述保护层下的待分析结构进行减薄处理，以使得所述待分析结构的厚度达到预设厚度。如图7E所示，为本申请实施例提供的两个透射电镜试样的结构示意图，其中，所述透射电镜试样70'包括采用聚焦离子束工艺减薄处理后的待分析结构7011”和7021”。
本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法，当待测结构中包括一个测试区域，且一个测试区域包括至少两个待分析结构时，根据待分析结构的个数将待测结构划分为相应个数的测试区域，并对每一测试区域执行上述步骤S603至步骤S607的方法，以获得透射电镜试样。
本申请实施例提供的透射电镜试样的制备方法，当一个待测结构中存在多个测试区域，或者一个测试区域中存在多个待分析结构时，可以将待测结构划分为多个测试区域，其中，每一测试区域中包括一个待分析结构，并在每一测试区域中确定待去除结构；在去除待去除结构后，对每一测试区域中的待分析结构进行减薄处理，得到透射电镜试样，如此，同时在一个样品上制备两个以上薄区，增加了平面样品制备的产出量。
本申请实施例提供一种待测结构的失效分析方法，本申请实施例中，以待测结构为晶圆为例，进行说明。图8A为本申请实施例提供的待测结构的失效分析方法的实现流程示意图，如图8A所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S801、提供一待测结构。
步骤S802、在所述待测结构上制备待检测的样品。
这里，样品的尺寸可以为：长度：15um，宽度3至4um，高度：12至15um。
步骤S803、将样品转移到制样台上。
如图8B所示，为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的样品的侧视图，可以看出，样品80被粘贴在制样台81上。
步骤S804、在样品中确定目标测试区域(对应上述实施例中的待分析结构)，并在目标测试区域的表面沉积保护层。
如图8C所示，为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的沉积保护层之后的样品的侧视图，其中，样品80中包括两个目标测区域，分别在两个目标测试区域的表面沉积保护层801和802。
步骤S805、制备U型支撑框架。
如图8D所示，为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的样品俯视图，本申请实施例中通过对处理区域8-1、8-2和8-3(对应上述实施例中待去除结构)沿Z轴方向，采用聚焦离子束进行处理，形成U型支撑框架，所述U型支撑框架可以对目标测区域提供支撑作用，避免目标测试区域产生形变。
如图8E所示，为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的在样品中形成U型支撑框架的俯视图，可以看出，对应每一处理区域8-1、8-2和8-3，形成U型支撑结构8-1'、8-2'和8-3'。其中，图8E中803区域为待测结构的衬底层，本申请实施例中，U型结构中平形于目标测试区域的单晶硅衬底803作为在TEM拍照时调整入射电子束垂直于目标测试区域的校正，因此，在形成U型支撑框架时不会完全去除衬底803。
在一些实施例中，所述待测结构中也可以只包括一个目标测试区域，如图8F所示，为本申请实施例提供的通过聚焦离子束系统观测到的仅包含一个目标测试区域的样品的结构示意图，可以看出，样品80'中只包含一个目标测试区域，并且在这一个目标测试区域的表面形成保护层804，通过聚焦离子束的作用，形成了与所述目标测试区域相邻的U型支撑框架8-4'。
本申请实施例中，当同时在一个初始样品上制备两个以上目标测试区域时，增加了平面样品制备的产出量，并且可以减少前期制备初始样品的尺寸，缩短样品制备时间。
步骤S806、制备U型框架的单晶硅衬底。
请继续参见图8E，由于在后续对目标测试区域进行测试时，衬底803的存在会影响对目标测试区域的测试结果，因此，需要去除部分衬底，使得衬底在Z轴方向的高度，小于目标测试区域在Z轴方向的高度。
本申请实施例中，可以将单晶硅衬底803的厚度处理至200至300nm、高度处理至接近500nm。
步骤S807、将目标测试区域减薄直到满足分析厚度要求。
如图8G和8H所示，分别为本申请实例提供的通过聚焦离子束系统观测到的对目标测试区域减薄后的俯视图和侧视图，本申请实施例中，可以通过聚焦离子束，沿Z轴的方向对所述目标测试区域进行减薄处理，以使得所述样品80具有满足分析要求厚度的目标测试区域801'和802'，其中，图8G中的803'为处理后的单晶硅衬底。
本申请实施例中，通过在样品中制备U型支撑结构，以对目标测试区域的样品提供支撑作用力，减少目标测试区域的变形，提高了样品制备的均匀性和成功率，并且可以同时在一个初始样品上制备两个以上目标测试区域，增加平面样品制备的产出量。
除此之外，本申请实施例还提供一种待测结构的失效分析方法，图9为本申请实施例提供的待测结构的失效分析方法的流程示意图，所述方法包括以下步骤：
步骤S901、在待测结构中确定测试区域。
步骤S902、在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿第一方向的两端分别与所述测试区域的边缘具有第一预设距离，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触。
所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°。
在一些实施例中，所述测试区域包括叠层，所述第二方向为所述叠层的堆叠方向，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述在所述测试区域中确定待分析结构，包括：确定所述叠层中的至少一层作为目标层；将所述目标层划分为中间区域以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿所述第一方向并列排布，将所述中间区域确定为所述待分析结构。
在一些实施例中，所述测试区域还包括衬底，所述叠层堆叠于所述衬底上；所述制备方法还包括：沿第三方向去除部分衬底以在衬底上形成凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
步骤S903、去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样。
在一些实施例中，沿第三方向，去除所述待去除结构，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
在一些实施例中，在去除所述待去除结构之前，沿所述第三方向在所述待分析结构表面沉积保护层并暴露出所述待去除结构的表面。在对所述待去除结构进行去除之后，采用聚焦离子束减薄工艺对所述待分析结构进行减薄处理，以使得所述待分析结构沿所述第二方向的厚度减薄至预设厚度。
在一些实施例中，所述待测结构包括至少两个沿所述第一方向排布的测试区域；所述在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，包括：在每一所述测试区域中分别确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿所述第一方向的两端分别与对应的所述测试区域的边缘具有第二预设距离，所述待去除结构位于对应的所述待分析结构沿所述第二方向的投影区域内；所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与对应的所述待去除结构接触；去除所述待去除结构，以得到每一所述测试区域的透射电镜试样。
在一些实施例中，在每一所述测试区域中分别确定所述待分析结构和所述待去除结构之前，沿第三方向，将所述待测结构划分为至少两个所述测试区域，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
在一些实施例中，所述待去除结构位于所述待分析结构在第二方向上的两侧，所述去除所述待去除结构，包括：去除位于所述待分析结构两侧的待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
步骤S904、对所述透射电镜试样的待分析结构进行失效分析。
在一些实施例中，可以采用透射电子显微镜对所述透射电镜试样的待分析结构进行失效分析。
本申请实施例中，步骤S901至步骤S903中制备透射电镜试样的方法，与上述实施例中提供的制备透射电镜试样的方法相同，对于本申请实施例中，未详尽披露的技术细节，请参照上述实施例进行理解，这里，不再赘述。
本申请实施例提供的待测结构的失效分析方法，由于可以在待测结构的测试区域中确定出待分析结构和待去除结构，并且在去除所述待去除结构的同时，保留在第一方向上位于待去除结构两侧的至少部分测试区域作为支撑结构，获得均匀地、无变形的透射电镜试样，如此，可以实现对所述透射电镜试样进行高效地失效分析。
除此之外，本申请实施例还提供一种透射电镜试样，所述透射电镜试样包括：待分析结构和与所述待分析结构连接的支撑结构；所述支撑结构位于所述待分析结构在第一方向上的两侧，且所述待分析结构在所述第一方向上的两个侧面分别与所述支撑结构的侧壁接触，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。
在一些实施例中，所述待分析结构的个数为预设个数，所述预设个数大于1，所述预设个数的待分析结构沿所述第一方向间隔排布，且每一所述待分析结构对应连接有一个所述支撑结构，每一所述支撑结构与对应待分析结构形成一体成型的至少一个所述U型支架。
在一些实施例中，所述U型支架的开口朝向第二方向，所述透射电镜试样还包括衬底；所述衬底与所述待分析结构在所述第二方向上相对设置，所述衬底与两侧的所述支撑结构接触以围合所述U型支架，其中，所述衬底具有凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
在一些实施例中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。在一些实施例中，所述透射电镜试样可以为三维存储器的试样，所述待分析结构和所述支撑结构形成叠层。
本申请实施例中，以所述待分析结构的个数为两个进行说明，图10为本申请实施例提供的透射电镜试样的结构示意图，如图10所示，所述透射电镜试样90包括：两个待分析结构9011和9021，所述待分析结构9011和9021位于叠层901中，且所述待分析结构9011和所述待分析结构9021沿第一方向间隔排布；所述透射电镜试样还包括：分别与所述待分析结构9011和待分析结构9021连接的支撑结构。每一所述支撑结构与对应待分析结构形成一体成型的至少一个所述U型支架。
本申请实施例中，所述第一方向为X轴方向，所述支撑结构位于所述待分析结构9011或9021在X轴方向上的两侧，且所述待分析结构9011或9021在X轴方向上的两个侧面分别与所述支撑结构的侧壁接触，所述支撑结构与所述待分析结构9011形成一体成型的、开口方向相反的两个U型支架，所述支撑结构与所述待分析结构9021也形成一体成型的、开口方向相反的两个U型支架。所述U型支架可以提供对所述待分析结构的支撑作用，避免在后续对所述待分析结构进行处理时，使得所述待分析结构产生变形。
在一些实施例中，所述U型支架的开口朝向第二方向，所述第二方向为Y轴方向，所述透射电镜试样还包括衬底905；所述衬底905与所述待分析结构9011或9021在Y轴方向上相对设置，所述衬底905与两侧的所述支撑结构接触以围合所述U型支架，其中，所述衬底具有凹槽，在所述Y轴上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构9011或9021。所述待分析结构9011和所述待分析结构9021所述第二方向的位置可以相同，也可以不同。所述待分析结构9011对应的部分衬底所形成的凹槽的大小，与待分析结构9021对应的部分衬底所形成的凹槽的大小可以相同，也可以不同。
在一些实施例中，所述透射电镜试样90还包括位于所述待分析结构9011表面的保护层903，和，位于所述待分析结构9021表面的保护层904，所述保护层903和904包括：碳层、氧化物层或金属层。
本申请实施例提供的透射电镜试样，由于透射电镜试样不仅包括至少一个待分析结构，还包括与每一待分析结构对应连接的支撑结构，通过每一待分析结构和对应的支撑结构，形成了一体成型的U型支架，如此，所述透射电镜试样具有较好的结构支撑，在后续对透射电镜试样的待分析结构进行处理时，可以避免待分析结构的变形以及透射电镜试样的失效。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的半导体器件及其形成方法的其他构成以及作用，对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，本申请实施例不做赘述。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (14)

1.一种透射电镜试样的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在待测结构中确定测试区域；
在所述测试区域中确定待分析结构和待去除结构，所述待分析结构沿第一方向的两端分别与所述测试区域的边缘具有第一预设距离，所述待去除结构位于所述待分析结构沿第二方向的投影区域内，所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与所述待去除结构接触，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角大于0°且小于180°；
去除所述待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述待去除结构，包括：
沿第三方向，去除所述待去除结构，其中，所述第三方向垂直于所述第二方向与所述第一方向所构成的平面。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述测试区域包括叠层，所述第二方向为所述叠层的堆叠方向，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述在所述测试区域中确定待分析结构，包括：
确定所述叠层中的至少一层作为目标层；
将所述目标层划分为中间区域以及位于所述中间区域两侧的边缘区域，所述中间区域和所述边缘区域沿所述第一方向并列排布，将所述中间区域确定为所述待分析结构。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述测试区域还包括衬底，所述叠层堆叠于所述衬底上；所述制备方法还包括：
沿第三方向去除部分衬底以在所述衬底上形成凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在对所述待去除结构进行去除之后，采用聚焦离子束减薄工艺对所述待分析结构进行减薄处理，以使得所述待分析结构沿所述第二方向的厚度减薄至预设厚度。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在去除所述待去除结构之前，沿所述第三方向在所述待分析结构表面沉积保护层并暴露出所述待去除结构的表面。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待测结构包括至少两个沿所述第一方向排布的测试区域；所述在测试区域中确定待分析结构和待去除结构，包括：
在每一所述测试区域中分别确定所述待分析结构和所述待去除结构，所述待分析结构沿所述第一方向的两端分别与对应的所述测试区域的边缘具有第二预设距离，所述待去除结构位于对应的所述待分析结构沿所述第二方向的投影区域内；所述待分析结构朝向所述第二方向的侧面与对应的所述待去除结构接触；
去除所述待去除结构，以得到每一所述测试区域的透射电镜试样。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待去除结构位于所述待分析结构在第二方向上的两侧，所述去除所述待去除结构，包括：
去除位于所述待分析结构两侧的待去除结构，并保留在第一方向上位于所述待去除结构两侧的至少部分所述测试区域作为支撑结构，得到透射电镜试样，其中，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
9.一种待测结构的失效分析方法，其特征在于，所述方法包括：
通过权利要求1至8任一项所述的制备方法对所述待测结构进行处理，以制备透射电镜试样；
对所述透射电镜试样的待分析结构进行失效分析。
10.一种透射电镜试样，其特征在于，所述透射电镜试样包括：待分析结构和与所述待分析结构连接的支撑结构；
所述支撑结构位于所述待分析结构在第一方向上的两侧，且所述待分析结构在所述第一方向上的两个侧面分别与所述支撑结构的侧壁接触，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型的至少一个U型支架。
11.根据权利要求10所述的试样，其特征在于，所述U型支架的开口朝向第二方向，所述透射电镜试样还包括衬底；
所述衬底与所述待分析结构在所述第二方向上相对设置，所述衬底与两侧的所述支撑结构接触以围合所述U型支架，其中，所述衬底具有凹槽，在所述第二方向上，通过所述凹槽暴露出至少部分所述待分析结构。
12.根据权利要求10所述的试样，其特征在于，所述待分析结构的个数为预设个数，所述预设个数大于1；
其中，所述预设个数的待分析结构沿所述第一方向间隔排布，且每一所述待分析结构对应连接有所述支撑结构，每一所述支撑结构与对应待分析结构形成一体成型的至少一个所述U型支架。
13.根据权利要求10所述的试样，其特征在于，所述支撑结构与所述待分析结构形成一体成型且开口方向相反的两个U型支架。
14.根据权利要求10所述的试样，其特征在于，所述透射电镜试样为三维存储器的试样，所述待分析结构和所述支撑结构形成叠层。
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