Kurzfassung

Die Simulation der Herstellungsprozesse sowie des elektrischen Verhaltens von Halbleiterbauelementen ist ein äußerst mächtiges Hilfsmittel zur Weiterentwicklung bestehender Technologien. Dem Prozessingenieur steht mittlerweile eine relativ große Auswahl an kommerziellen und frei erhältlichen Simulationswerkzeugen zur Verfügung. Die einzelnen Werkzeuge sind dabei jeweils auf ein Teilgebiet des Herstellungsprozesses optimiert. Um den gesamten Herstellungsprozess sowie die elektrischen Eigenschaften eines Bauelements zu simulieren, ist daher eine Kopplung der einzelnen Simulatoren notwendig.

Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit Problemen die bei der Kopplung der verschiedenen Kategorien von Prozesssimulatoren entstehen. Es wird untersucht, welche Art von Daten und Algorithmen solchen Simulationen zu Grunde liegen. Im Anschluss daran wird ein generisches Datenmodell für die Prozess- und Bauelementsimulation, der sogenannte WAFER-STATE-SERVER, entwickelt. Dieses Datenmodell ermöglicht einen effizienten Datenaustausch zwischen Simulatoren, auch wenn diesen unterschiedliche Dateiformate zugrunde liegen. Es ist in der Lage unterschiedliche geometrische Dimensionen zu handhaben, kann Gitter und die darauf definierten verteilten Größen verwalten und stellt Algorithmen zur Verfügung, um geometrische Operationen, wie sie bei Topographiesimulationen entstehen, durchzuführen. Drei der am Institut entwickelten Prozesssimulatoren, die auf dem neuen Datenformat basieren, werden anhand von Beispielen vorgestellt.

Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Bereichen der Optimierung in der Bauelementsimulation, wobei der WAFER-STATE-SERVER als Hilfe zum Durchführen komplexer Simulationsaufgaben (z.B. Optimierungen) dient. Effiziente Optimierungsalgorithmen sind unumgänglich für die Kalibrierung eines Simulators. Bei der Kalibrierung werden die Parameter eines bestimmten Simulatormodells so lange verändert, bis das Ergebnis aus der Simulation möglichst gut mit Meßdaten übereinstimmt. Andere Bereiche sind inverse modeling sowie die Optimierung von Bauteileigenschaften. Vier dafür geeigente Optimierungsstrategien, ein lokaler, zwei globale und die Kombination aus einem lokalen und einem globalen Optimierer, werden präsentiert. Diese Strategien werden anhand eines Beispieles bezüglich ihrer Effizienz -- die Anzahl der notwendigen Einzelsimulationen, bezüglich ihrer Robustheit gegenüber Konvergenzproblemen eines Simulators und bezüglich der notwendigen Interaktion durch den Ingenieur klassifiziert. Neue Konzepte zur plattformunabhängigen Verteilung von Einzelsimulationen auf einen Rechencluster werden vorgestellt.

2003-03-27