Die numerische Simulation von Herstellungsprozessen sowie der Bauelementeigenschaften sind in den letzten Jahren zu maßgeblichen Faktoren bei der Entwicklung neuer Halbleitergenerationen geworden. Unter dem in diesen Zusammenhang verwendeten Begriff Technology Computer Aided Design (TCAD) versteht man die Ausnutzung von rechnerbasierten Verfahren mittels Programmen für den Entwurf und die Analyse von Halbleiterbauelementen und der dabei erforderlichen Herstellungprozesse.
Für die Simulation komplexer Bauteilstrukturen, zum Beispiel von Very Large Scale Integration (VLSI) Produkten, können TCAD Simulationsumgebungen bei Aufgaben wie der automatische Ausführung von Simulationsflüssen, Extraktion der Resultate, gute Dienste leisten. Auch mit diesen Simulationsumgebungen sind komplexe Aufgaben wie Empfindlichkeitsanalysen oder Optimierungen schwierig und zeitaufwendig für den Anwender. Um diese hochkomplexen Vorhaben zu bewerkstelligen wird eine Optimierungsumgebung für TCAD Anwendungen benötigt.
In dieser Dissertation werden Module für die Behandlung von Optimierungaufgaben im Bereich der Entwicklung von Halbleiterbauelementen vorgestellt, die in die SIESTA (Simulation Environment for Semiconductor Technology Analysis) TCAD Simulationsumgebung eingebaut wurden. Die beiden integrierten Optimierer (least squares und nonlinear constrained) sind für Aufgaben wie Prozeßoptimierung, Programmkalibrierung, Technologieentwicklung und Inverse Modeling, bestens geeignet. Für die statistischen Analysen kann auf die Methoden Design of Experiments (DoE) und Response Surface Methodology (RSM) zurückgegriffen werden.
Die vorgestellte TCAD Umgebung ermöglicht es Optimierungen an kompletten Simulationsflüssen oder an erstellten Response Surfaces durchzuführen. Weiters erlaubt es dem Anwender Simulatoren und Programme unterschiedlicher Hersteller zu verwenden und verwandelt somit SIESTA in ein äußerst attraktives Optimierungspaket. Durch die eingebaute Funktionalität ist die Verteilung der Berechnungen auf ein heterogenes Rechnernetz möglich, wodurch eine beachtliche Effizienzsteigerung erreicht wird.
Drei Beispiele verdeutlichen die Anwendbarkeit und Gebrauchstüchtigkeit der Simulationsumgebung und ihrer Optimierungsmodule. Im ersten Beispiel wird eine Optimierung mittels DoE und RSM durchgeführt. Das zweite Beispiel illustriert die Optimierung der Leistungsfähigkeit von MOS Transistoren anhand von analytischen Dotierungsprofilen. Das dritte Beispiel veranschaulicht Inverse Modeling von Dotierungsprofilen ausgehend von den gemessenen elektrischen Eigenschaften der untersuchten Bauelemente.