Die numerische Simulation der Herstellung und des elektrischen Verhaltens elektronischer Halbleiterbauelemente spielt eine wesentliche Rolle in der Entwicklung und Fabrikation integrierter Schaltkreise für die Verkürzung der Entwicklungszyklen und -kosten moderner Very Large Scale Integration (VLSI) Produkte. Technology Computer Aided Design (TCAD) umfaßt alle Computerprogramme und computerunterstützte Verfahren, die der Entwickung und Analyse von Halbleiterbauelementen und -prozessen dienen.
Diese Dissertation stellt eine TCAD Umgebung für die Simulation vollständiger VLSI-Herstellungsprozesse vor. Besonderes Gewicht wird auf die Integration unterschiedlicher Simulatoren, die Darstellung von Herstellungsprozessen und die Automatisierung komplexer Analyseabläufe gelegt. VISTA/SFC stellt eine Erweiterung des Vienna Integrated System for TCAD Applications (VISTA), einem Integrations- und Entwicklungsframeworks, und dessen Simulation Flow Control (SFC) Moduls im Hinblick auf die praktische Anwendung im industriellen Einsatz dar.
Die Integration unterschiedlicher Prozeß- und Bauelementsimulatoren erfolgt über standardisierte Schnittstellen zwischen dem steuernden Framework und externen Programmen. Externe Gittergeneratoren werden herangezogen, um die Konsistenz des Wafermodels nach den einzelnen Simulationsschritten zu gewährleisten. Externe Programme werden über LISP-Funktionen and das Framework angebunden. Als primäres Datenaustauschformat findet das Profile Interchange Format (PIF) Verwendung.
Die Darstellung von Herstellungsprozessen erfolgt mittels simulatorspefizischer Kommandos, wobei in einem Transformationsschritt prozeßspezifische und herstellungsspezifische Daten entsprechend umgewandelt werden. Prozeßsimulationsaufgaben werden parallel abgearbeitet und auf alle zur Verfügung stehenden Rechner verteilt, wobei Mehrfachberechnungen identer Teilaufgaben automatisch vermieden werden. Die wesentlichsten Gesichtspunkte bei der Realisierung der graphischen Benutzeroberfläche für die Prozeßflußerstellung, die Ablaufsteuerung und die Datenverwaltung bildeten Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und sichere Bedienbarkeit.
Die Erstellung und Bearbeitung komplexerer Simulations- und Analyseaufgaben wird durch eine Klasse von Objekten unterstützt, die verschiedene Operationen wie Design of Experiments (DoE), Response Surface Modeling (RSM) und Optimierungsaufgaben in kompakter Weise beschreiben; darüber hinaus stellen sie einfache Datenverwaltungs- und Nachbearbeitungsfunktionen zur Verfügung.
Zwei Beispiele beleuchten die Anwendbarkeit und Gebrauchstüchtigkeit der vorgestellten Lösungen: Ein kompletter CMOS-Prozeß wird unter Zusammenspiel unterschiedlicher Simulatoren durchgerechnet, die Durchführung einer komplexen Optimierungsaufgabe wird anhand des Beispiels der Minderung des Kurzkanaleffekts auf die Schwellspannung eines NMOS Transistors mittels zusätzlicher Pocket Implants gezeigt.