DIE Entwicklung von neuen Halbleiterbauelementen wäre ohne Unterstützung durch Computersimulationen der Herstellungsschritte und des elektrischen Verhaltens schon längst nicht mehr möglich. Die fortschreitende Miniaturisierung dieser höchstintegrierten Bauteile bedingt aber eine immer genauere Simulation der Dotierungsprofile einerseits und damit auch verbunden die Modellierung realistischer dreidimensionaler Strukturen andererseits.
Das heute wichtigste Verfahren zur Einbringung von Dotieratomen in den Halbleiterkristall ist die Ionen-Implantation. Um die eingebrachten Störstellen elektrisch zu aktivieren, ist eine thermische Nachbehandlung (Diffusion, Annealing) notwendig. Je größer die Packungsdichte der Einzelbauteile wird, desto wichtiger ist es aber, daß das Implantationsprofil durch das nachfolgende Ausheilen nicht mehr zu stark verändert wird. Dies wird durch moderne Methoden der thermischen Nachbehandlung - wie zum Beispiel ,,Rapid Thermal Annealing`` (RTA) - erreicht. Deshalb wird die exakte Bestimmung des Implantationsprofiles immer essentieller, wodurch auch die Simulation der Ionen-Implantation in den letzten Jahren immens an Bedeutung gewonnen hat.
In den meisten Simulationsprogrammen für die Herstellungsschritte von elektronischen Halbleiterbauteilen sind nur einfache, auf Verteilungsfunktionen basierende Modelle für die Ionen-Implantation enthalten. Auch in dieser Arbeit wird zunächst ein derartiges Modul behandelt. Solche Programme liefern zwar rasche Ergebnisse, deren Genauigkeit ist aber für heutige Anwendungen oft nicht mehr ausreichend, wie auch in der vorliegenden Arbeit gezeigt wird. Hauptziel war es daher, ein Computerprogramm zur Simulation von realistischen dreidimensionalen Strukturen mittels der wesentlich rechenzeitintensiveren Monte-Carlo Methode zu entwickeln, die viel genauere Ergebnisse liefert und darüber hinaus praktisch keine Einschränkung in den zu behandelnden Strukturen oder Materialien hat. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist ein Programm, das nicht nur in (akademischen) Fällen eingesetzt werden kann, in denen andere Verfahren versagen, sondern aufgrund der kurzen Rechenzeiten auch für alltäglich notwendige Simulationen verwendbar ist.
Das Hauptproblem für Simulationen im dreidimensionalen Raum ist die enorme Rechenzeit. Trotz heutiger Computerleistungen wäre eine realistische Berechnung von dreidimensionalen Implantationsprofilen mittels der Monte-Carlo Methode ohne spezielle Überlegungen hinsichtlich der Optimierung der notwendigen Geometrieabfragen aus Zeitgründen nicht möglich. Für diese Geometrietests wurde ein aus der Bildverarbeitung übernommenes Verfahren - die Diskretisierung der Struktur mittels eines Octrees - übernommen. Damit ist es erstmals möglich, beliebige dreidimensionale Geometrien in einer annehmbaren Rechenzeit mittels der Monte-Carlo Methode zu behandeln.
Durch die Verwendung des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten effizienten Simulationsprogrammes kann in Zukunft Zeit und Geld bei der Entwicklung neuer Halbleiterstrukturen gespart werden, weil vor der Realisierung und dem Austesten bereits mittels Simulation die Funktion abgeschätzt werden kann.