Die numerische Simulation der Herstellung und des elektrischen Verhaltens elektronischer Halbleiterbauelemente spielt eine wesentliche Rolle in der Entwicklung und Fabrikation integrierter Schaltkreise fkur die Verkkurzung der Entwicklungszyklen und -kosten moderner Very Large Scale Integration (VLSI) Produkte. Technology Computer Aided Design (TCAD) umfasst alle Computerprogramme und computerunterstützte Verfahren, die der Entwickung und Analyse von Halbleiterbauelementen und -prozessen dienen. Diese Dissertation stellt eine TCAD Umgebung für die Simulation vollständiger VLSI-Herstellungsprozesse vor. Besonderes Gewicht wird auf die Integration unterschiedlicher Simulatoren, die Darstellung von Herstellungsprozessen und die Automatisierung komplexer Analyseabläufe gelegt. stellt eine Erweiterung des Vienna Integrated System for TCAD VIST A/SF C Applications (VISTA), einem Integrations- und Entwicklungsframeworks, im Hinblick auf die praktische Anwendung im industriellen Einsatz dar. Die Integration unterschiedlicher Prozeß- und Bauelementsimulatoren erfolgt über standardisierte Schnittstellen zwischen dem steuernden Framework und externen Programmen. Externe Gittergeneratoren werden herangezogen, um die Konsistenz des Wafermodels nach den einzelnen Simulationsschritten zu gewährleisten. Externe Programme werden über LISP- Funktionen and das Framework angebunden. Als primäres Datenaustauschformat findet dasProKle Interchange Format (PIF) Verwendung. Die Darstellung von Herstellungsprozessen erfolgt mittels simulatorsperzischer Kommandos,wobei in einem Transformationsschritt prozessspezifische und herstellungsspezifische Daten entsprechend umgewandelt werden. Prozesssimulationsaufgaben werden parallel abgearbeitet und auf alle zur Verfügung stehenden Rechner verteilt, wobei Mehrfachberechnungen identerTeilaufgaben automatisch vermieden werden. Die wesentlichsten Gesichtspunkte bei der Realisierung der graphischen Benutzeroberfläche für die Prozessquerstellung, die Ablaufsteuerung und die Datenverwaltung bildeten Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und sichere Bedienbarkeit.Die Erstellung und Bearbeitung komplexerer Simulations- und Analyseaufgaben wird durch eine Klasse von Objekten unterstützt, die verschiedene Operationen wie Design of Experiments (Doe), Response Surface Modeling (RSM) und Optimierungsaufgaben in kompakterWeise beschreiben darüber hinaus stellen sie einfache Datenverwaltungs- und Nachbearbeitungsfunktionen zur Verfügung. Zwei Beispiele beleuchten die Anwendbarkeit und Gebrauchstüchtigkeit der vorgestellten Lösungen: Ein kompletter CMOS-Prozeo wird unter Zusammenspiel unterschiedlicher Simulatoren durchgerechnet, die Durchführung einer komplexen Optimierungsaufgabe wird anhand des Beispiels der Minderung des Kurzkanaleffekts auf die Schwellspannung eines NMOS Transistors mittels zusätzlicher Pocket Implants gezeigt.
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The design and fabrication of semiconductor devices in modern integrated circuit technology rely crucially on the numerical simulation of fabrication processes and device behavior for achieving competitive cycle times and reducing development costs for Very Large Scale Integration (VLSI) products. Technology Computer Aided Design (TCAD) comprises all software tools, strategies, and methodologies that support the development and verification of semiconductor processes and devices.This dissertation presents a TCAD environment for the simulation of complete VLSI fabrication processes that emphasizes tool integration, process-flow representation, and task-level automation. VISTA/SFC is based on the Vienna Integrated System for TCAD Applications (VISTA), a TCAD integration and development framework, and extends concepts and mechanism found in VISTA towards the production use of the framework.The integration of heterogeneous process and device simulation tools is realized by providing standardized interfaces between the a task control layer and external executables. External gridding tools are used to automatically ensure the consistency of the wafer model aftereach process simulation step. LISP functions are used to bind external executables to the environment. The Profile Interchange Format (PIF) is used as a primary wafer-data exchange format.The representation of process flows is based on simulator-specific statements, with a mapping step being used to transform factory-specific and process-specific statements to appropriate tool calls. Execution of process flow experiments is done in parallel across the computing network, dynamic split-point generation minimizes the computation load. Robustness and easy of use have been major concerns in the design and implementation of the graphical userinterface (GUI) for process flow definition, experiment control, and data management.For the convenient definition and representation of more complex tasks, a class of objectshas been added to the environment that encapsulate task-level applications like Design ofExperiments (DoE), Response Surface Modeling (RSM), and optimization, and provide built-in data management and post-processing capabilities.The applicability and usefulness of the implemented prototype is demonstrated by two examples. A complete CMOS fabrication process is simulated using a variety of heterogeneous simulation tools, and the encapsulation of a complex optimization task for the reduction of the short-channel effect on the threshold voltage of an NMOS transistor by means of an additional pocket implantation step is shown.
