(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221076258 8.9 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李兴冀　刘中利　李伟奇　杨剑群　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 万娟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 9/451(2018.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺 陷结构的方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于模拟实际工艺生成 单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 涉及半导体材 料计算模拟技术领域， 包括如下步骤： 步骤S1： 根 据实际热氧化工艺的工艺参数， 利用缺陷性质仿 真模拟软件构建单晶硅氧化层的界面结构； 识别 并删除所述界面结构空洞中的分子以及真空层 中的分子； 步骤S2： 在需要统计的界面结构的深 度范围中截 取出独立结构， 识别并统计所述独立 结构中的结构参数， 所述结构参数包括缺陷密度 和缺陷类型。 本发明通过结构参数掌握该独立结 构中的结构特征， 有利于准确掌握无序体系的缺 陷密度和缺陷类型等重要结构特征， 对于建立缺 陷等微观结构与宏观制备工艺或半导体器件之 间的连接关系具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115130305 A 2022.09.30 CN 115130305 A 1.一种基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤S1： 根据实际热氧化工艺的工艺参数， 利用缺 陷性质仿真模拟软件SpacEEsys.Def 构建单晶硅氧化层的界面结构； 识别并删除所述界面结构空洞中的分子以及真空层中的分 子； 步骤S2： 在需要统计的界面结构的深度范围中截取出独立结构， 识别并统计所述独立 结构中的结构参数， 所述结构参数包括 缺陷密度和缺陷类型。 2.根据权利要求1所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S1中， 所述利用缺陷性质仿真模拟软件构建单晶硅氧化层的界面结构， 包 括： 采用分子动力学模拟氧化层生长工艺， 利用缺陷性质仿真模拟软件构建单晶硅基底， 在所述单晶硅基底上设置真空层， 通过 热氧化工艺模拟生成单晶硅氧化层的界面结构。 3.根据权利要求2所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 所述模拟氧化层生长 工艺过程中的粒子的粒径范围为10 ‑100 μm。 4.根据权利要求2所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 所述热 氧化工艺包括干氧 热氧化工艺和/或湿氧 热氧化工艺。 5.根据权利要求1所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述根据需要统计的所述界面结构的深度范围截取出独立结构， 包 括： 在所述缺陷性质仿真模拟软件中指定截取的所述独立结构的上下边界， 输入上下边界 数据后， 输出 所述上下边界数据多对应的独立结构。 6.根据权利要求1所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述结构参数至少还 包括键长、 键角、 配位数、 原子类型和原子数。 7.根据权利要求6所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述识别并统计所述独立结构中的结构参数， 包括： 步骤S21： 统计所述独立结构中所有原子的成键列表， 包含所述原子类型、 原子间距离 和所述配位数； 步骤S22： 根据 所述成键列表判断每个原子是否属于特定所述缺陷类型的组成原子， 以 确定所述独立结构中的所述 缺陷类型和缺陷数目； 步骤S23： 通过统计缺陷总数和原子总数， 得到所述独立结构内特定类型的所述缺陷密 度。 8.根据权利要求1所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S1中， 所述 缺陷性质仿真模拟软件 包括Spac EEsys.Def。 9.根据权利要求1所述的基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述识别并统计所述独立结构中的结构参数后， 还包括利用绘图软件 以图形化的方式输出 所述结构参数的统计结果。 10.根据权利要求9所述的基于模拟 实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法， 其 特征在于， 所述绘图软件 包括： Matpl otlib。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115130305 A 2基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结构的方 法 技术领域 [0001]本发明半导体材料计算模拟技术领域， 具体而言， 涉及一种基于模拟实际工艺生 成单晶硅氧化层的缺陷结构的方法。 背景技术 [0002]半导体氧化层不仅是离子注入或热扩散 的掩蔽层， 也是保证器件表面的钝化层； 不仅是器件与器件之间电学隔离的绝缘层， 也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔 离的主要组成部分。 氧化层中的电荷和界面态缺陷， 是影响硅基半导体电子元器件性能和 寿命的重要缺陷类型。 不同型号器件中的缺陷浓度和状态， 主要由氧化层的产生和加工工 艺进行控制。 因此， 研究工艺参数对硅氧化生 成的界面结构的缺陷性质的影响， 对于理解氧 化层的生长机理、 优化氧化层的生长工艺， 并稳定地生成优质氧化层的方法， 对保证高质量 的集成电路可靠性具有极为重要的意 义。 [0003]随着计算能力的不断提高， 在原子尺度对热氧化工艺进行模拟， 成为硅基半导体 生长控制的热点研究领域。 基于量子力学和分子动力学模拟氧化层生长工艺， 可以很好弥 补试验的缺点， 如检测成本高、 制备分析周期长以及试验结果不能直接反映缺陷的结构情 况等。 然而， 尽管计算能力的提高和算法改进使得计算成本进一步降低， 但是， 发展高效统 计并识别大规模无序体系的缺陷结构属性的方法仍存在障碍 。 发明内容 [0004]本发明解决的问题是如何实现大规模无序体系结构特 征的统计。 [0005]为解决上述问题， 本发明提供一种基于模拟实际工艺生成单晶硅氧化层的缺陷结 构的方法， 包括如下步骤： [0006]步骤S1： 根据实际热氧化工艺的工艺参数， 利用缺陷性质仿真模拟软件构建单晶 硅氧化层的界面结构； 识别并删除所述界面结构空洞中的分子以及真空层中的分子； [0007]步骤S2： 在需要统计 的界面结构的深度范围中截取出独立结构， 识别并统计所述 独立结构中的结构参数， 所述结构参数包括 缺陷密度和缺陷类型。 [0008]进一步地， 步骤S1中， 所述利用缺陷性质仿真模拟软件构建单晶硅氧化层的界面 结构， 包括： [0009]采用分子动力学模拟 氧化层生长工艺， 利用缺陷性质仿真模拟软件构建单晶硅基 底， 在所述单晶硅基底上设置真空层， 通过 热氧化工艺模拟生成单晶硅氧化层的界面结构。 [0010]进一步地， 所述模拟氧化层生长 工艺过程中的粒子的粒径范围为10 ‑100 μm。 [0011]进一步地， 所述热 氧化工艺包括干氧 热氧化工艺和/或湿氧 热氧化工艺。 [0012]进一步地， 步骤S2中， 所述根据 需要统计 的所述界面结构的深度范围截取出独立 结构， 包括： [0013]在所述缺陷性质仿真模拟软件中指定截取的所述独立结构的上下边界， 输入上下 边界数据后， 输出 所述上下边界数据多对应的独立结构。说　明　书 1/4 页 3 CN 115130305 A 3