DIE FERTIGUNG VON INTEGRIERTEN SCHALTKREISEN ist heutzutage ein Milliardendollargeschäft und einer der kompliziertesten Industriezweige der Welt.
Historisch gesehen haben sich die Entwicklungskosten für das Einführen einer neuen Prozesstechnologie (eines neuen Technologieknotens) ständig erhöht. Diese Tendenz wird durch den Eintritt in den Bereich der Nanotechnologie mit seinen in hohem Grade schwierigen neuen Lithographieprozessen noch weiter beschleunigt. Um diesen Trend unter Kontrolle halten zu können, hat Computergestützte Technologiesimulation (TCAD) immer mehr an Bedeutung gewonnen.
Dieser Ansatz der ``frühest möglichen'' Entwicklung, hat die Geschwindigkeit und die Qualität der Verfahrenstechnikentwicklung des Halbleiters erheblich verbessert. Weiters konnten dadurch auch die Entwicklungskosten für die Einführung einer neuen Technologiegeneration signifikant reduziert werden (35% im Jahr 2005 [1]).
Derzeit ist TCAD eine sehr spezialisierte Vorgehensweise für eine kleine Gruppe von Ingenieuren innerhalb der Halbleiterfirmen. Die konsequente Nutzung dieser Methode im Bereich der Fertigungssteuerung steckt trotz des großen Einsparungspotentials noch in den Kinderschuhen.
Technologiesimulation hat bis heute den Sprung, von einem Werkzeug für eine kleine Gruppe von Spezialisten zu einem bei Routinetätigkeiten eingesetzten Werkzeug für eine größere Anzahl von Anwendern im Halbleiterfertigungsbereich, noch nicht geschafft.
Hauptprobleme bei der breiteren Nutzung entstehen durch die komplexe oft wenig intuitive Benutzung der Werkzeuge, die aufwendigen zugrundeliegenden Modellansätze und vor allem durch die fehlende Integration in den Arbeitsablauf in einer modernen Halbleiterfertigungslinie.
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Distanz zwischen der Halbleiter-Fertigungsline und der TCAD Gruppe, die in fast jeder Halbleiterproduktionsfirma existiert, zu überbrücken. Dabei kommt der Übertragung von bereits vorhandenen Strukturen und Arbeitsabläufen in gespiegelter Form auf das TCAD System ein besonderer Stellenwert zu.
Das dabei entstandene, in die Fertigung eng integrierte, Simulationssystem ermöglicht es auch, nichtspezialisierten Ingenieuren von den Vorteilen der Technologiesimulation zu profitieren.
In dieser Arbeit wurde die Gesamtsituation beider Welten analysiert und in einer strukturierten, hierarchischen Weise kategorisiert. Ein konsistenter und effektiver TCAD Arbeitsfluss wurde aufgesetzt. Die notwendigen Informationen für diesen Arbeitsfluss wurden identifiziert. Zusätzlich wurden die bestehenden Datenschnittstellen zwischen Fertigung und Simulation ana-lysiert und deren Struktur und Verknüpfungspunkte dargestellt.
Die dabei identifizierten Schnittstellen zwischen TCAD und Fertigung wurden nachfolgend einer genaueren Analyse unterzogen und schlussendlich ein integriertes Schnittstellensystem zwischen den beiden ``Welten'' implementiert. Es wurde darauf Wert gelegt, das dieses integrierte Schnittstellensystem für die Gemeinsamkeiten aller verfügbaren TCAD Softwarepakete verwendet werden kann.
Um die notwendigen Eingabeinformationen für Simulationen möglichst automatisch und fehlerminimierend generieren zu können, wurde basierend auf dieser Analyse ein kompakter Satz von Konvertern und Datentransfer-Prozeduren definiert. Die Interaktion mit dem Benutzer des TCAD Systems wurde auf das absolut notwendige Minimum beschränkt. Dies führte zu einer starken Verbesserung der Qualität, Zuverlässigkeit und auch Vorhersagbarkeit der Resultate der TCAD Simulationen.
Die Konverter wurden in den gesamten TCAD Arbeitsfluss integriert. Mehrere Beispiele für fast jeden Aspekt des typischen TCAD Arbeitsflusses zeigen die wichtigsten Auswirkungen dieses neuen Ansatzes. Während der Entwicklung von neuen Prozesstechnologien aber auch speziell zur Unterstützung von typischen Produktionsproblemen (wie Ausbeuteproblemen in der Fertigung) konnte dieser Ansatz erfolgreich angewendet werden. Weiters wurden damit Optimierungen von Ofenprogrammen (ein auch im Routinebetrieb einer Halbleiterfertigung immer wieder auftretender Fall) durchgeführt. Es konnte die Verwendung von Beugungskorrekturrechnung für eine genauere Darstellung von Verbindungsstrukturen gezeigt werden. Dadurch konnte eine wesentliche Verbesserung in der Berechnung von parasitären Elementen, der Optimierung einer EEPROM Zelle und der drei-dimensionalen Simulation einer lateralen PIN Diode erzielt werden. Als ein weiterer Anwendungsbereich wurde die inverse Modellierung einer polykristallinen Fuse gezeigt. Dabei wurden sehr schwer messbare thermo-elektrische Materialparameter von in der Fuse verwendeten Materialien (Wolfram, Titan, Titannitrid) über inverse Modellierung bestimmt. Abschließend wurde die Verwendung von Technologiesimulation im Bereich der statistischen Prozesskontrolle dargelegt.
Die Arbeit schließt mit einem kurzen Ausblick auf zukünftige Perspektiven und noch offene Probleme.