Title: Simulation and inverse modeling of semiconductor manufacturing processes
Language: input.forms.value-pairs.iso-languages.en
Authors: Heitzinger, Clemens
Qualification level: Doctoral
Advisor: Selberherr, Siegfried
Issue Date: 2002
Citation: 
Heitzinger, C. (2002). Simulation and inverse modeling of semiconductor manufacturing processes [Dissertation]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2002.03696962
Number of Pages: 123
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
The simulation of manufacturing processes and the electromagnetic activities in today’s semiconductor devices is one of the most demanding subjects in applied mathematics and electronics and of substantial importance in industry. These simulations and hence those of the electrical behavior of the devices enable semi conductor manufacturers to determine the properties of future devices prior to the beginning of the production cycle. Highlyexpensive test runs can be eliminated by deepening the understanding of the physical processes occurring during the fabrication and the operation of the devices. Using this knowledge devices can be optimized in an early phase and the manufacturing processes can be improved with respect to the quality of the resulting devices and manufacturing through put.This work can be divided into two parts. The first part is focused on the question how to determine parameters of models. Nearly all models for the simulation of semi-conductor processes and devices depend on certain parameters that must be determined precisely in order to ensure predictive simulations. Hence an inverse modeling frame-work for solving real world problems was developed. Furthermore the approximations suggested provide several advantages compared to the conventional response surface method.The second part is dedicated to applications of inverse modeling and process simulation. The deposition of layers into silicon trenches and the etching of trenches intosilicon are crucial manufacturing steps for state of the art memory cells and other semi-conductor devices like power mosfets. Simulating and understanding the evolution of the wafer surface enables to predict the resulting profiles and thus to optimize the process conditions and the performance of the final devices.For topography simulations an accurate description of moving boundaries is crucialin addition to proper treatment of the chemical and physical processes. The level set method provides a new and interesting alternative to established methods for tracking boundaries. Thus an improved level set algorithm was developed which serves as the basis of a general simulator for deposition and etching processes. It consists of four modules, namely a level set module, a surface reaction module, and modules for particle transport by radiosity or diffusion. It can be used for simulating all common deposition and etching processes.All applications were requested or inspired by industrial partners. The topic of the cooperations with Cypress Semiconductor (San Jose, CA, usa), Infineon Technologies(Villach, Austria), and the Toshiba R&D Center (Kawasaki, Japan) was topography simulation. The cooperations with the Sony Atsugi Technology Center (Hon-Atsugi,Tokyo, Japan) and austriamicrosystems (Unterpremst ̈atten, Austria) were focused on inverse modeling problems.

Die Simulation der Herstellungsprozesse und des elektromagnetischen Verhaltens heutiger Halbleiterbauelemente ist eines der anspruchsvollsten Teilgebiete der angewandten Mathematik und der Elektronik und von beträchtlicher Bedeutung für die Industrie.Diese Simulationen und damit auch die des elektrischen Verhaltens der Bauelementeermöglicht es Halbleiterherstellern, die Eigenschaften zukünftiger Bauelemente bereitsvor dem Beginn des Produktionszyklus zu bestimmen. ̈Außerst teure Testläufe werden überflüssig, da das Verständnis der physikalischen Vorgänge während der Fabrikation und der Verwendung der Bauelemente vertieft wird. Mit Hilfe dieses Wissens könnendie Bauelemente in einer frühen Phase des Herstellungszyklus optimiert werden und dieHerstellungsprozesse können in Hinblick auf die Qualit ̈at der fertigen Bauelemente unddie Ausbeute der Prozesse verbessert werden. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil befaßt sich mit der Frage, wie Modellparameter bestimmt werden können. Beinahe alle Modelle für die Simulation von Herstellungsprozessen und Bauelementen hängen von bestimmten Parametern ab, die genau bestimmt werden müssen, um aussagekräftige Simulationen zu garantieren. Daher wurde ein System zur Bestimmung von Modellparametern für praxisrelevante Probleme entwickelt. Weiters wird die Verwendung von Approximationen vorgeschlagen, die mehrere Vorteile gegen ̈uber der herkömmlichen Response-Surface-Methode haben. Der zweite Teil ist Anwendungen der Parameterbestimmung und Prozesssimulation gewidmet. Die Deposition von Schichten in Siliziumgräben und das Ätzen von Gräben in Silizium sind entscheidende Herstellungsprozesse für heutige Speicherzellen und andere Bauelemente wie Power mosfets. Die Simulation und das Verständnis der zeitlichen Änderung der Waferoberfläche ermöglicht es, die Profile der Schichten vorherzusagen und dadurch die Prozessbedingungen und die Eigenschaften der fertigen Bauelementezu optimieren. Für Topographiesimulationen ist eine genaue Beschreibung der sich bewegenden Grenzenlinien zusätzlich zu einer korrekten Behandlung der chemischen und physikalischen Prozesse sehr wichtig. Die Level-Set-Methode bietet eine neue und interessante Alternative zu etablierten Methoden zur Beschreibung von Grenzlinien. Daher wurde ein verbesserter Level-Set-Algorithmus entwickelt, der auch als Basis eines allgemeinen Simulators für Depositions- und ̈Atzprozesse dient. Er besteht aus vier Modulen, nämlich einem Level-Set-Modul, einem Modul für Oberflächenreaktionen und Modulen für den Transport von Teilchen im Diffusions- oder Radiositybereich. Er kann alle gebräuchlichenDepositions- und Ätzprozesse simulieren. Alle Anwendungen wurden von Partnern aus der Industrie angefordert oder inspiriert.Das Thema der Kooperationen mit Cypress Semiconductor (San Jose, CA, usa), mit Infineon Technologies (Villach, ̈Osterreich) und mit dem Toshiba R&D Center (Kawasaki, Japan) war Topographiesimulation. Die Kooperationen mit dem Sony Atsugi Technology Center (Hon-Atsugi, Tokio, Japan) und mit austriamicrosystems (Unterpremst ̈atten, Österreich) befassten sich mit der Bestimmung von Modellparametern.
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2002.03696962
http://hdl.handle.net/20.500.12708/20409
DOI: 10.34726/hss.2002.03696962
Library ID: AC03696962
Organisation: E360 - Institut für Mikroelektronik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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