SIMULATION ist als wertvolles Hilfsmittel bei der Entwicklung von Herstellungsprozessen und Bauelementen für höchstintegrierte Schaltkreise etabliert. Die vorliegende Arbeit behandelt sowohl die Integration als auch die Anwendung von numerischen Simulatoren in der Entwicklung von CMOS- (,,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor``) Technologien.
Im Rahmen der Simulatorintegration entstand eine interaktive Bedienungs- und Programmierumgebung für das rigoros konzipierte Halbleitertechnologie-CAD-System VISTA (Viennese Integrated System for Technology CAD Applications). Diese TCAD-Shell genannte Umgebung erlaubt zum einen die Kontrolle von Simulatorläufen und zum anderen die Erweiterung und Programmierung des Gesamtsystems auf hohem Funktionalitäts- und Abstraktionsniveau. Dazu werden die Konzepte der Ereignissteuerung, der Subprozeßverwaltung, der grobkörnigen Parallelisierung und des netzwerkweit verteilten Rechnens erläutert.
Die asynchrone Ausführung von Subprozessen in der VISTA-TCAD-Shell mit mehreren gleichzeitig aktiven Subprozessen ohne Blockade des Hauptprozesses und die Wiedersynchronisierung bei Beendigung eines Subprozesses durch die Ausführung sogenannter Callback-Funktionen im Hauptprozeß stellen konzeptionelle Vorteile von VISTA dar.
Der Gewinn an Funktionalität und Bedienungskomfort durch die Integration eines Simulators in das Halbleitertechnologie-CAD-System wird anhand des Bauelementsimulators MINIMOS mit Hinblick auf die Berechnung von Transistorkennlinien und die Durchführung von Extremwertaufgaben dargestellt.
Im Rahmen der Simulatoranwendung wird in die Bauelementsimulation als Werkzeug bei der Entwicklung der Transistoren von CMOS-Prozessen eingeführt. In einer Art Leitfaden wird eine logische Analysereihenfolge für die Kenngrößen und Kennlinien des MOS-Transistors mittels Simulation und vergleichender Messung dargelegt. Auf mögliche Ursachen in Bezug auf Simulations- oder aber auch Technologieparameter bei Nichtübereinstimmung von Messung und Simulation wird aus der Sicht des Simulationsanwenders eingegangen.
Anhand von konkreten Aufgabenstellungen aus Industriekooperationen werden wichtige Gebiete der CMOS-Entwicklung aufgearbeitet: Im ersten Anwendungsbeispiel wird ein drastisch vereinfachter Herstellungsprozeß mit seichten, hochdotierten Doppel-Wannen für einen State-of-the-Art Multi-Megabit-Speicherbaustein entwickelt. Die Auswirkung von Prozeßparametervariationen auf die elektrischen Eigenschaften der MOS-Transistoren wird untersucht.
Im zweiten Anwendungsbeispiel geht es um den Problemkreis der Unterdrückung heißer Ladungsträger zur Steigerung der Bauelementlebensdauer. Dabei wird eine LDD- (,,Lightly-Doped Drain``) Struktur hinsichtlich mehrerer Prozeßparameter optimiert. Die durch die Simulation getroffenen Voraussagen werden durch Messungen der Lebensdauer am gefertigten Transistor bestätigt.