14  Prokt. Met. Sonderband 47 (2015) 
2. Rasterelektronenmikroskopie/Focused Ion Beam Technik 
Rasterelektronenmikroskope [1] erreichen heute bei optimaler Probenpréparation an 
geeigneten Strukturen laterale Auflösungen von 0,8 nm. Damit lässt sich eine Vielzahl von 
Chipstrukturen abbilden. Als Beispiel ist in Abb. 1 ein Querschnitt des kompletten 
Schichtstapels gezeigt, der während der Herstellung von Halbleiterchips auf den Wafer 
aufgebracht wird. Man erkennt, dass insbesondere Kontakt- und Leitbahnstrukturen gut 
aufgelöste werden können. Die Grenzen der Rasterelektronenmikroskope werden bei der 
Abbildung von Transistorstrukturen erreicht (helle Punkte zwischen den linienförmigen 
Kontakten im unteren Bereich des Bildes). 
Abb. 1: Querschnitt des Schichtstapels, der bei der Herstellung eines Halbleiterchips auf den Wafer 
aufgebracht wird 
Die Kombination von Elektronen- und Ionenstrahl in einem FIB-Gerät [2] erlaubt die 
Herstellung von Querschnitten an beliebigen Halbleiterstrukturen: Während mittels 
Ionenstrahl Material abgetragen wird, kann simultan die freigelegte Struktur mit dem 
Elektronenstrahl abgebildet werden. So ist eine zielgenaue Probenpräparation möglich. Auch 
die durch den Ionenstrahl herausgelösten Sekundärelektronen können zur Abbildung 
verwendet werden. Wegen des größeren Strahldurchmessers ist hier jedoch die Bildauflösung 
geringer. Außerdem wird gleichzeitig Material abgetragen, was zur Zerstörung der Struktur 
führen kann. 
Eine der Herausforderungen bei der Rasterelektronenmikroskopie liegt in der Verbesserung 
des Bildkontrastes durch Nutzung unterschiedlich gestreuter und nach deren Energie 
gefilterter Elektronen. Wie in Abb. 2 anhand einer SiGe-Doppelschicht zu sehen ist, lassen 
sich damit im SEM Materialkontraste wie in einem TEM Z-Kontrast-Bild erzeugen. 
Eine weitere Herausforderung besteht in der Vermeidung von Materialveränderungen durch 
den einfallenden Elektronenstrahl. Es ist bekannt, dass verschiedene organische Materialien 
durch elektronenstrahlinduzierte Veränderung der chemischen Bindung schrumpfen. Als 
Beispiel ist in Abb. 3 das Schrumpfen einer als Dielektrikum eingesetzten 
Organosilikatglasschicht nach 20 Sekunden Exposition mit 10 keV-Elektronen zu sehen. 
Abhilfe schafft hier die Verwendung von Primärelektronen mit einer Energie < 300 eV. 
Neuste Rasterelektronenmikroskope erzielen bei 500 V Beschleunigungsspannung noch eine 
Auflösung von 1.2 nm.