Die Entwicklung von modernen Halbleiterbauelementen wird wesentlich durch Computersimulationen beeinflußt. Sowohl in der Entwurfsphase als auch in der Optimierungsphase werden Simulationen zur Nachbildung des Herstellungsprozesses und zur Beschreibung des elektrischen Verhaltens verwendet. Die fortschreitende Miniaturisierung höchstintegrierter Bauteile bedingt aber eine immer genauere Simulation der Dotierungsprofile und damit auch die Modellierung von speziell bei Kurzkanalstrukturen auftretenden physikalischen Phänomenen. Im Rahmen dieser Arbeit präsentieren wir verschiedene Simulationsmodelle für Ionenimplantation und Diffusion. Diese Prozeßmodelle sind als Module in das Software Projekt VISTA (Viennese Integrated System of TCAD Applications) eingebunden.
Der Modul zur analytischen Simulation der Ionenimplantation, welches auf
einem numerical range scaling algorithmus und einer
Faltungsoperation basiert, wurde auf allgemeine nichtplanare
zwei-dimensionale Strukturen erweitert.
Weiters wurde eine
modifizierte Kappa-Funktion zur Nachbildung von Implantationsprofilen
implementiert. Mit Monte-Carlo Referenzsimulationen wurden
Parametersätze für die meist gebräuchlichsten Ionen-Substrat
Kombinationen ermittelt.
Diffusionsprozesse wurden mittels numerischen Methoden auf allgemeinen zwei-dimensionalen Gebieten gelöst. Das Diffusionsproblem stellt ein parabolisches System aus nichtlinearen, gekoppelten und zeitlich veränderbaren Differentialgleichungen dar. Zur numerischen Diskretisierung wurde die Box-Integrationsmethode verwendet, wobei unstrukturierte Gitter als räumliche Diskretisierungsmethode des Simulationsgebietes verwendet wurden. Die Verwendung von unstrukturierten Gittern gestattet die Simulation von Bauelementen der neuesten Technologien.
Der Hauptteil dieser Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung neuer
Diffusionsmodelle, welche die speziellen Anforderungen von modernen
Fertigungstechniken berücksichtigen. Es wurde ein Diffusionsmodell für die
Ausdiffusion von
Dotierstoffen aus polykristallinem Silizium
entwickelt. Dabei gelingt es den Dotieratomen aufgrund der
außordentlich hohen Mobilität im polykristallinen Silizium in
benachbarte Schichten zu wechseln. Dieser Effekt wird bewußt zur
Erzeugung von hochdotierten Emitterzonen in der Bipolar-Technologie
ausgenützt. Auch der vielfältige Einfluß der Materialgrenze zwischen
dem Polysilizium und dem angrenzenden Material wird untersucht und
modelliert.
Durch die stetige Miniaturisierung wurde der Einfluß von Gitterdefekten
auf die Dotierstoffdiffusion wesentlich verstärkt. Diese Gitterdefekte
bewirken schon bei relativ niedrigen Prozeßtemperaturen eine transient
verstärkte Diffusion einiger bestimmter Dotierstoffe. Daher wurde ein
Transient Enhanced Diffusion Modell entwickelt, welches den Einfluß der
Gitterdefekte berücksichtigt. Technologisch ist dieses Phänomen für die
Diffusion von Bor von Bedeutung, daher wurde das Modell für
Bor-Diffusionsprofile im Temperaturbereich von 
bis 
optimiert.
Die Gitterdefekte beschleunigen nicht nur die Diffusion von Dotierstoffen,
sie beeinflussen auch in signifikanter Weise die elektrische Aktivierung
während des
Diffusionsvorganges. Normalerweise sind Dopanden,
sofern sie mittels
Ionen Implantation eingebracht wurden,
elektrisch inaktiv. Zur Aktivierung ist ein Diffusionsschritt nötig. Es
wurde ein Modell zur Aktivierung von Phosphor entwickelt, wobei es zu einer
Verarmung von Aktivierungspartnern kommt.
Dadurch werden relativ
große Anteile von Dopanden nicht elektrisch aktiviert.