DIE Abmessungen von Bauelementen in integrierten Schaltungen
(,,Integrated Circuit`` - IC) sind
im Mittel seit 1960 um 13% pro Jahr reduziert worden [Sze90].
In der industriellen Massenproduktion sind heute Halbmikron-Geometrien
(also 
) z.B. für 16 Megabit Speicherchips
Stand der Technik [Kan91] [Hay91]. In mehreren
Forschungslaboratorien wird mit Auflösungen von unter 
gearbeitet (z.B. [Aok92] [Iwa93]).
Die hohe Komplexität der IC-Fertigung - ein moderner
IC-Herstellungsprozeß besteht aus mehreren hundert Einzelschritten -
und die enge Kopplung von Herstellungsvorgang,
Bauteilverhalten und Schaltungseigenschaften
läßt es immer schwieriger und kostenaufwendiger werden,
neue Prozeßtechnologien zu entwickeln.
Traditionell ist die Entwicklung neuer
Halbleitertechnologien von einer iterativen Methode geleitet:
Ausgehend von einem existierenden Prozeß werden Einzelschritte
motiviert durch physikalische Überlegungen
abgeändert und die geometrischen Strukturen verkleinert. Die modifizierte
Technologie wird in mehreren Losen gefertigt (ein Los umfaßt etwa 
Halbleiterscheiben, sogenannte ,,Wafer``). Die fertigen Teststrukturen
werden elektrisch vermessen und auf Erfüllung der zuvor
definierten Zielvorgaben getestet. Die Abänderung von
Technologieparametern und das nochmalige Experiment bilden,
wie in Abb. 1.1 skizziert, eine Schleife, die zur Optimierung
der neuen Technologie zumeist mehrmals durchlaufen werden muß.
Dabei kann die Fertigung eines Loses bei einem modernen Prozeß
beträchtlich mehr als 
US$ kosten und mehrere Wochen in
Anspruch nehmen [Fic88].
Abbildung: Alternative Pfade in der Halbleitertechnologieentwicklung: Experiment und Simulation.
Eine Alternative stellt die simulationsunterstützte Halbleitertechnologieentwicklung [Col90] dar. Die Anwendung spezieller Computerprogramme, den Halbleitertechnologie-CAD- (,,Computer-Aided Design``) Werkzeugen, erlaubt im Vergleich zum Experiment sehr preiswerte und schnelle ,,Computerexperimente``. Erst durch die Simulation werden manche physikalische Größen im Inneren des Bauelements quantitativ erfaßbar, die sich einer Messung grundsätzlich entziehen, z.B. der räumliche Verlauf des elektrischen Feldes, der Ladungsträgerkonzentrationen oder der Stoßionisationsrate. Dieser Einblick in das Halbleitermaterial ermöglicht eine präzisere Analyse und ein vertieftes Verständnis für die physikalischen Vorgänge und ist somit Grundlage für eine weitere Technologieverbesserung.
Im Bereich Halbleitertechnologie-CAD - in der einschlägigen Literatur
(z.B. [Dut93b] [Fas93]) hat sich der Terminus
Technologie-CAD
(TCAD) etabliert -
werden drei Gruppen von Simulatoren unterschieden (vgl. Abb. 1.2):
Die Prozeßsimulation behandelt alle Aspekte der IC-Fertigung. Aus der
Abfolge der Prozeßschritte sowie der Maskeninformation wird
die Bauelementstruktur und das Dotierungsprofil errechnet. Die Ergebnisse
der Prozeßsimulation dienen zusammen mit den angelegten Kontaktspannungen
des Bauelements als Eingabe für die Bauelementsimulation. Hierbei werden
die elektrischen Kenngrößen des Transistors vornehmlich in Form von
Strom-Spannungs-Kennlinien durch wiederholte Berechnungen unter Variation
der Kontaktbeschaltung generiert. An der Schnittstelle zum
Schaltungssimulator, dem dritten Glied in der Simulationskette,
werden die Parameter für die kompakten Bauelementmodelle aus den
Kennlinien extrahiert.
Mit dem Schaltungssimulator wird ein elektrischer Schaltkreis
einer integrierten Schaltung, bestehend aus vielen miteinander
verbundenen Bauelementen, analysiert.
Zumeist wird der Schaltungssimulator selbst nicht
mehr dem Bereich TCAD sondern ECAD (,,Electronic CAD``)
[Bar92] zugerechnet,
Abbildung 1.2: Simulationsablauf in Halbleitertechnologie-CAD.