(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 202210759791.0 (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 刘中利　李兴冀　杨剑群　魏亚东　 (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) G16C 10/00(2019.01) C23C 16/40(2006.01) C23C 16/56(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧 化层生长的方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于化学沉积技术模拟 碳化硅单晶表 面氧化层生长的方法， 涉及半导体 材料制备技术领域， 具体包括以下步骤： 步骤S1： 建立单晶碳化硅的模型， 在所述模 型中所述单晶 碳化硅表 面增设真空层， 运用分子动力学的反应 力场使碳化硅原子处于初始状态； 步骤S2： 加热 所述单晶碳化硅至反应温度后， 使所述单晶碳化 硅在反应温度下平衡， 在所述真空层内， 重复模 拟Si原子和O2分子在所述单晶碳化硅表面上充 分反应并沉积的过程， 得到沉积在所述单晶碳化 硅表面的氧化层； 步骤S3： 优化所述单晶碳化硅 及所述氧化层中的原子位置， 得到氧化薄膜， 获 取所述氧化 薄膜的结构数据。 本发 明能够获得氧 化薄膜原子层面结构， 且实验成本低， 周 期短效 率高。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 115248977 A 2022.10.28 CN 115248977 A 1.一种基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤S1： 建立单晶碳化硅的模型， 在所述模型中所述单晶碳化硅表面增设真空层， 运用 分子动力学的反应力场使碳 化硅原子处于初始状态； 步骤S2： 加热所述单晶碳化硅至反应温度后， 使所述单晶碳化硅在 反应温度下平衡， 在 所述真空层内， 重复模拟Si原子和O2分子在所述单晶碳化硅表面上充分反应并沉积的过 程， 得到沉积在所述单晶碳 化硅表面的氧化层； 步骤S3： 优化所述单晶碳化硅及所述氧化层中的原子位置， 得到氧化薄膜， 获取所述氧 化薄膜的结构数据。 2.根据权利要求1所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述碳化硅原子的初始状态包括： 对所述碳化硅原子位置优化并弛 豫到零压力状态。 3.根据权利要求1所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述在所述真空层内， 重复模拟Si原子和O2分子在所述单晶碳化硅 表面上充分反应并沉积的过程包括： 在真空层内的随机位置重复向所述单晶碳化硅表面发射Si原子和O2分子， 使所述Si原 子和所述O2分子在所述单晶碳化硅表面发生反应并沉积， 退火后得到沉积在所述单晶碳化 硅表面的氧化层。 4.根据权利要求3所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 所述Si原子和所述O2分子的比例为1： 2。 5.根据权利要求3所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 所述Si原子和所述O2分子的入射方向包括沿着逆[10 0]晶向的方向。 6.根据权利要求3所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 所述发射速度的范围为5 00‑1500m/s。 7.根据权利要求3所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 所述退火温度的范围为5 00‑1300K， 所述退火时间为10 0ps。 8.根据权利要求1所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述真空层的厚度的范围为3 ‑6nm。 9.根据权利要求1所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述氧化薄膜包括 碳化硅层、 过渡层和氧化层。 10.根据权利要求1所述的基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法， 其特征在于， 步骤S 3中， 所述结构数据至少包括所述氧化薄膜的密度、 硅氧数目比、 配位数、 径向分布函数和均方位移。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115248977 A 2基于化学沉积技术模拟碳 化硅单晶表面氧化层生长的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及半导体材料制 备技术领域， 具体而言， 涉及一种基于化学沉积技术模 拟碳化硅单晶表面氧化层生长的方法。 背景技术 [0002]硅基半导体器件中二氧化硅绝缘层的制备方法较多， 其中化学气相沉积制备方法 得到广泛的应用。 但是化学气相沉积生成的SiO2氧化层中往往会引入点缺陷， 进而影响器 件的性能、 工作稳定性和寿命。 虽然通过实验手段可以优化分析工艺条件 改善缺陷类型或 缺陷分布， 但是往 往很难深入到原子层面， 或者实验耗费高， 周期长， 效果 不理想。 发明内容 [0003]本发明解决的问题是如何改善现有实验难深入到原子层面、 实验耗费高， 且周期 长的问题。 [0004]为解决上述问题， 本发明提供一种基于化学沉积技术模拟碳化硅单晶表面氧化层 生长的方法， 包括以下步骤： [0005]步骤S1： 建立单晶碳化硅的模型， 在所述模型中所述单晶碳化硅表面增设真空层， 运用分子动力学的反应力场使碳 化硅的原子处于初始状态； [0006]步骤S2： 加热所述单晶碳化硅至反应温度后， 使所述单晶碳化硅在反应温度下平 衡， 在所述真空层内， 重复模拟Si原子和O2分子在所述单晶碳化硅表面上充分反应并沉积 的过程， 得到沉积在所述单晶碳 化硅表面的氧化层； [0007]步骤S3： 优化所述单晶碳化硅及所述氧化层中的原子位置， 得到氧化薄膜， 获取所 述氧化薄膜的结构数据。 [0008]进一步地， 步骤S1中， 所述碳化硅原子的初始状态包括： 对所述碳化硅原子位置优 化并弛豫到零压力状态。 [0009]进一步地， 步骤S2中， 所述在所述真空层内， 重 复模拟Si原子和O2分子在所述单晶 碳化硅表面上充分反应并沉积的过程包括： [0010]在真空层内的随机位置重复向所述单晶碳化硅表面发射Si原子和O2分子， 使所述 Si原子和所述O2分子在所述单晶碳化硅表面发生反应并沉积， 退火后得到沉积在所述单晶 碳化硅表面的氧化层。 [0011]进一步地， 所述Si原子和所述O2分子的比例为1： 2。 [0012]进一步地， 所述Si原子和所述O2分子的入射方向包括沿着逆[10 0]晶向的方向。 [0013]进一步地， 所述发射速度的范围为5 00‑1500m/s。 [0014]进一步地， 所述退火温度的范围为5 00‑1300K， 所述退火时间为10 0ps。 [0015]进一步地， 步骤S1中， 所述真空层的厚度的范围为3 ‑6nm。 [0016]进一步地， 步骤S3中， 所述氧化薄膜包括 碳化硅层、 过渡层和氧化层。 [0017]进一步地， 步骤S3中， 所述结构数据至少包括所述氧化薄膜的密度、 硅氧数目比、说　明　书 1/5 页 3 CN 115248977 A 3