Der computerunterstützte Entwurf von elektronischen Systemen (ECAD) ist seit geraumer Zeit als selbstverständlich zu erachten. Computersimulationen komplexer Produktionsabläufe (TCAD) konnten sich hingegen erst in den letzten Jahren etablieren [Hal94].
In allen Phasen der Entwicklung werden heute physikalisch-mathematische Modelle herangezogen [Gan81, Sel84, Str94], denn bereits jetzt benötigt man für die Produktion von höchstintegrierten CMOS Schaltungen (ULSI) mehr als 450 Prozeßschritte. Dabei werden Strukturen in der Größe von einigen hundert Nanometern erzeugt bzw. verändert. In Zusammenhang damit stehen neue elektrische, mechanische und thermische Phänomene, die aus Zeit- und Kostengründen zunehmend mit Unterstützung von Prozeßsimulationen untersucht werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation der Ionenimplantation in kristalline Siliziumstrukturen. Um den komplexen Fertigungsabläufen bei der Dotierung moderner CMOS Bauteile Rechnung zu tragen, wird die physikalisch motivierte Monte Carlo Methode gewählt. Das Berechnungsziel ist ein mehrdimensionales Dotierstoffprofil, das möglichst genau mit dem tatsächlichen Konzentrationsverlauf im Halbleiter übereinstimmen soll.
Die Verteilung der implantierten Ionen in der Bauelementestruktur ist ein hochgradig stochastischer Prozeß, da die Bahn eines Teilchens in einem Festkörper durch energetische Wechselwirkungen mit den Atomen bestimmt wird. Gerade deshalb bietet sich die Monte Carlo Strategie [Bus66, Rub81, Frü83, Ham83, Aff91, Bin92] an, denn sie ermöglicht eine direkte mathematische Modellbildung dieser Interaktionen. Weiters ergeben sich keinerlei prinzipielle Einschränkungen bezüglich der Komplexität der Simulationsstruktur oder den Randbedingungen der Implantation.
Ob Prozeßingenieure in der Computersimulation eine Unterstützung sehen, wird maßgeblich von folgenden Kriterien mitentschieden:
Ein typisches Anwendungsbeispiel ist z.B. die laufende Optimierung von Prozeßflüssen während der Entwicklung und Produktion von IC s. Dabei leisten TCAD ,,Tools`` [Axe93, Car93, Neu93, Pic93a, Pic93b] wertvolle Hilfe, denn sie ermöglichen Entwurfszyklen, bei denen die zu untersuchenden Parameter automatisch variiert werden.
Das hat jedoch zur Folge, daß Berechnungen mehrmals durchgeführt
werden
müssen. Die Zeitdauer für die Durchführung einer Simulation steht
daher immer mehr im Vordergrund. Dementsprechend ist die Verkürzung
der Rechenzeit ein zentrales Thema dieser Arbeit
(siehe Kapitel 4). Aber es wird auch gezeigt, daß selbst so komplexe
Vorgänge wie die transiente Amorphisierung von kristallinem Material mit
der Monte Carlo Methode simuliert werden können (siehe Kapitel 5).