Die vollständige dreidimensionale Simulation elektronischer Bauelemente gewinnt durch die zunehmende Verkleinerung der Strukturen immer mehr an Bedeutung. Physikalische Effekte, die in den vergangenen Jahren noch als vernachlässigbar galten, sind heute technologiebestimmend.
Die genaue Beschreibung der Geometrieänderung eines Bauelementes durch die Topographiesimulation ermöglicht einerseits ein besseres physikalisches Verständnis angewandter Ätz- und Depositionsverfahren, andererseits liefert sie als Ergebnis die notwendige Geometrieinformation für die nachfolgende Prozeß- und Bauelementsimulation.
Bis heute ist die dreidimensionale Topographiesimulation auf wenige Anwendungen beschränkt geblieben. Entscheidend dafür sind die beträchtlichen Schwierigkeiten, die sich bei der Erweiterung der zunächst für die zweidimensionale Simulation entwickelten Modelle und Algorithmen ergaben. Viele dieser Probleme konnten bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht zufriedenstellend gelöst werden. Die Arbeit diskutiert wichtige bestehende Algorithmen und prüft deren Erweiterbarkeit auf die dreidimensionale Simulation.
Ausgehend von grundlegenden Operationen der digitalen Bildverarbeitung wird anschließed ein völlig neues Verfahren für die Topographiesimulation entwickelt, das erstmals eine robuste und effiziente dreidimensionale Simulation gestattet. Die Simulationsgeometrie wird dabei als digitales Bild durch würfelförmige Materialzellen dargestellt. Diese Beschreibungsform erlaubt beliebig komplexe Simulationsgeometrien mit Löchern oder Bereichen, die vollständig von übrigen Materialbereichen getrennt sind. Viele der Schwierigkeiten bestehender Algorithmen, wie das Problem der entstehenden Oberflächen-Loops, werden bei dem hier vorgestellten Verfahren inhärent vermieden.
In der Arbeit werden weiters die heute industriell gebräuchlichsten Ätz- und Depositionsverfahren vorgestellt, alle wesentlichen physikalischen und chemischen Mechanismen diskutiert, um damit eine Grundlage für die nachfolgende Modellentwicklung zu schaffen.
Die aus Messungen oder Beobachtungen gewonnenen Erkenntnisse über die einzelnen Topographieprozesse gehen über makroskopische Prozeßmodelle in das entwickelte Simulationsverfahren ein. Diese Modelle errechnen aus Annahmen über Flußverteilungen einfallender Teilchen und die damit verbundenen Oberflächenreaktionen die entsprechenden Ätz- und Depositionsraten, die für die Bewegung der Oberfläche notwendig sind. Es werden Ratenmodelle für die gebräuchlichsten Verfahren entwickelt und die Algorithmen, die für die Auswertung dieser Modelle notwendig sind, vorgestellt.
Eine Reihe von Simulationsbeispielen demonstriert die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des hier beschriebenen Verfahrens. Die Arbeit zeigt Untersuchungen der Redeposition geätzten Materials während des Ionenstrahlätzens und Simulationsergebnisse von Plasmaätzen tiefer Gräben, die für die laterale Isolation von Bauelementen oder als Kapazitäten in der Speichertechnik eingesetzt werden. Außerdem werden Stufenbedeckungen von Schichtabscheidungen diskutiert, die Strukturierung und Metallisierung von Kontaktlöchern sowie der Herstellungsprozesses einer Speicherkapazität für höchstintegrierte Speicherbausteine analysiert.