用于指导外延工艺的方法及其系统与流程

本发明涉及半导体制造工艺设计技术领域，尤其涉及一种用于指导外延工艺的方法及其相关系统。

背景技术：

外延生长设备(例如mocvd)在工艺运行时，反应腔内受到不同温度、压力、托盘转速、流量、气氛等等诸多设定条件的影响，腔内存在着复杂的气流运动。这些气流运动是摸不着、看不见的。但是，它为生长提供了各工艺气体的输运场，直接影响着生长薄膜的厚度和组分的均匀性。同时，气流运动如果不稳定，呈现湍流模式，则会在上游腔壁上形成有害沉积，时间一久就会掉颗粒和影响反应腔内的物理场分布，导致提前进行维护，缩短了设备的维护周期。

为了避免上述情况的发生，需要将工艺运行在气流的层流模式(稳定流)，流动中要求没有返流、没有涡旋，是一种顺畅的流动模式。设备厂商为了得到好的均匀性和长的设备维护周期，在设备设计研制完成后，通常将各反应腔内工艺运行的参数通过两种方式——实验和模拟，来得到一个基准条件。

往后的工艺参数以这个为基础展开，不断外探，慢慢形成该反应腔设计的工艺窗口。比如，在一定的材料生长温度、流量和气体组分、转速、压强下，生长的材料均匀性较好、并在长期运行时未有有害沉积的产生。为了提高生长效率等，会尝试单独降低流量，降到一定程度后，会出现如边缘均匀性变差等的现象，这时流量需要回升，且观察一段时间有害沉积是否可以接受，如此才能确定找到一个初步提高生长效率后的条件，定量提高生长速度，则需要对反应前体的量进行精确试验，以找到反应效率最高的条件。

这个过程会耗费大量的成本(后者模拟的方式稍好些)，而且效率较低，一旦需要变化多个参数时，就更为复杂和耗费更多成本。究其原因，这些常规的方法——实验和模拟只能做单个条件，得到的结果都是“点”。当存在很多可变因素时，其实是一个“面”的判断。而现在方法大都局限在前者。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于指导外延工艺的方法及其系统，使其快速运行在合理的工艺窗口内，解决现有技术的问题。

为实现上述目标，这里主要以物理场中流场指导为例，第一方面，本发明提供一种用于指导外延工艺的方法，包括：获取根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合；将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱；其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对外延生长设备的生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线。

于第一方面的一实施例中，所述物理场包括流场、温场、及密度场；所述化学场包括浓度场、及反应场；图谱中界线的获取方式，包括：定义关联于外延生长设备的反应腔中多种流场/反应场形态的特征描述信息；其中，各种所述流场/反应场形态的形成与反应腔的硬件设计和/或工艺参数相关联；所述流场形态包括：稳定流态及不稳定流态，所述反应场形态包括平衡反应态及非平衡反应态；根据所选取的一或多种硬件设计参数和/或工艺参数形成参数组合，并将在设定成所述参数组合的每组参数值集合情况下所得到的关联于各种所述流场/反应场形态的特征描述信息进行对比，以在基于所述参数组合的多组参数值集所形成的图谱中，获得用于分隔出对应稳定流态/平衡反应态的合理参数组合取值区域和对应不稳定流态/非平衡反应态的不合理参数组合取值区域的界线。

于第一方面的一实施例中，所述图谱以直角平面坐标系形式呈现，所述图谱中通过界线划分出分别对应稳定流态/平衡反应态及不稳定流态/非平衡反应态的参数组合取值区域。

于第一方面的一实施例中，在所述反应腔为托盘式的情况下，所述硬件设计参数包括：反应腔及托盘的几何参数中的一或多种；以及/或者，所述工艺参数包括：温度参数、托盘旋转参数、气流参数、气氛参数及压力参数中的一或多种。

于第一方面的一实施例中，所述反应腔的硬件设计参数包括：高度h、托盘直径d及挡环与托盘距离中的一或多种，工艺参数包括：托盘温度t、喷淋头温度t、反应腔的压强p、托盘转速w、及通入反应腔的气体的总流量q中的一或多种；所述多种流场形态包括：属于不稳定流态的热浮力对流形态及感生涡旋形态；属于稳定流态的层流形态；所述特征描述信息为无量纲数，其包括：对应热浮力对流形态的格拉晓夫数gr、对应感生涡旋形态的雷诺数rew、及对应层流形态的雷诺数re；其中，gr与所述高度h、压强p、托盘温度t、及喷淋头温度t相关；rew与托盘直径d及托盘转速w相关；re与反应腔的直径d和总流量q相关；在根据硬件设计参数h、d、和d以及工艺参数t、t、p、w、和q中的一或多种参数所组成参数组合的多组参数值形成的图谱中，根据gr、与re的二次幂的对比以判定对应热浮力对流形态的第一参数组合取值区域与对应层流形态的第二参数组合取值区域间的界线，以及/或者，根据gr与re和rew乘积的对比以判定第二参数组合取值区域与对应感生涡旋形态的第三参数组合取值区域间的界线。

于第一方面的一实施例中，所述工艺参数还包括：所述气体为h2、n2、nh3、或ph3，源气体为tmga、tmin、或tmal，各气体组分xi，所述gr、re及rew还与xi相关。

于第一方面的一实施例中，在对应反应场的图谱中，通过与所述re及rew相关的边界层δ及托盘温度t，得到反应前体的输运限制与化学反应限制的界限；所述用于指导外延工艺的方法，包括：由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围。

于第一方面的一实施例中，所述由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围，包括：在靠近输运限制的化学反应区域范围内，找到可逆的主反应方程式，分别确定正向和反向反应的反应速率常数k、活化能ea、及指前因子a，由正向反应和反向反应的反应速率为界线区分平衡态与非平衡态区域。

为实现上述目标及其他相关目标，第二方面，本发明提供一种外延生长设备的工艺指导系统，包括：存储模块，用于存储根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合；处理模块，用于从所述存储模块读取数据，并将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱；其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对外延生长设备的生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线。

于第二方面的一实施例中，所述物理场包括流场、温场、及密度场；所述化学场包括浓度场、及反应场；图谱中界线的获取方式，包括：定义关联于外延生长设备的反应腔中多种流场/反应场形态的特征描述信息；其中，各种所述流场/反应场形态的形成与反应腔的硬件设计和/或工艺参数相关联；所述流场形态包括：稳定流态及不稳定流态，所述反应场形态包括平衡反应态及非平衡反应态；根据所选取的一或多种硬件设计参数和/或工艺参数形成参数组合，并将在设定成所述参数组合的每组参数值集合情况下所得到的关联于各种所述流场/反应场形态的特征描述信息进行对比，以在基于所述参数组合的多组参数值集所形成的图谱中，获得用于分隔出对应稳定流态/平衡反应态的合理参数组合取值区域和对应不稳定流态/非平衡反应态的不合理参数组合取值区域的界线。

于第二方面的一实施例中，所述图谱以直角平面坐标系形式呈现，所述图谱中通过界线划分出分别对应稳定流态/平衡反应态及不稳定流态/非平衡反应态的参数组合取值区域。

于第二方面的一实施例中，在所述反应腔为托盘式的情况下，所述硬件设计参数包括：反应腔及托盘的几何参数中的一或多种；以及/或者，所述工艺参数包括：温度参数、托盘旋转参数、气流参数、气氛参数及压力参数中的一或多种。

于第二方面的一实施例中，所述反应腔的硬件设计参数包括：高度h、托盘直径d及挡环与托盘距离中的一或多种，工艺参数包括：托盘温度t、喷淋头温度t、反应腔的压强p、托盘转速w、及通入反应腔的气体的总流量q中的一或多种；所述多种流场形态包括：属于不稳定流态的热浮力对流形态及感生涡旋形态；属于稳定流态的层流形态；所述特征描述信息为无量纲数，其包括：对应热浮力对流形态的格拉晓夫数gr、对应感生涡旋形态的雷诺数rew、及对应层流形态的雷诺数re；其中，gr与所述高度h、压强p、托盘温度t、及喷淋头温度t相关；rew与托盘直径d及托盘转速w相关；re与反应腔的直径d和总流量q相关；在根据硬件设计参数h、d、和d以及工艺参数t、t、p、w、和q中的一或多种参数所组成参数组合的多组参数值形成的图谱中，根据gr、与re的二次幂的对比以判定对应热浮力对流形态的第一参数组合取值区域与对应层流形态的第二参数组合取值区域间的界线，以及/或者，根据gr与re和rew乘积的对比以判定第二参数组合取值区域与对应感生涡旋形态的第三参数组合取值区域间的界线。

于第二方面的一实施例中，所述工艺参数还包括：所述气体为h2、n2、nh3、或ph3，源气体为tmga、tmin、或tmal，各气体组分xi，所述gr、re及rew还与xi相关。

于第二方面的一实施例中，在对应反应场的图谱中，通过与所述re及rew相关的边界层δ及托盘温度t，得到反应前体的输运限制与化学反应限制的界限；所述用于指导外延工艺的方法，包括：由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围。

于第二方面的一实施例中，所述由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围，包括：在靠近输运限制的化学反应区域范围内，找到可逆的主反应方程式，分别确定正向和反向反应的反应速率常数k、活化能ea、及指前因子a，由正向反应和反向反应的反应速率为界线区分平衡态与非平衡态区域。

为实现上述目标及其他相关目标，第三方面，本发明提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时实现如第一方面中任一种实施例所述的用于指导外延工艺的方法。

为实现上述目标及其他相关目标，第四方面，本发明提供一种处理装置，包括：处理器及存储器；所述存储器，存储有计算机程序；所述处理器，用于运行所述计算机程序以实现如第一方面中任一种实施例所述的用于指导外延工艺的方法。

为实现上述目标及其他相关目标，第五方面，本发明提供一种外延生长设备，耦接或集成如第四方面所述的处理装置。

如上所述，本发明的外延生长设备及其方法、装置、系统和存储介质，通过获取根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合；将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱；其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对半导体生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线；本发明通过参数组合的“面”而非现有技术的“点”的形式界定出合理参数组合的工艺窗口区域，据此即可指导工艺运行避开不利于生长效率的区域，从而有效提高生长效率。

附图说明

图1显示为本发明实施例中用于指导外延工艺的方法的流程示意图。

图2a显示为本发明实施例中反应腔内的流场形态为热浮力对流形态的热感示意图。

图2b显示为本发明实施例中反应腔内的流场形态为感生涡旋形态的热感示意图。

图2c显示为本发明实施例中反应腔内的流场形态为层流形态的热感示意图。

图3显示为本发明实施例中图谱及界线的获取方式的流程示意图。

图4显示为本发明实施例中关于流场的图谱的示意图。

图5显示为本发明实施例中外延生长设备的工艺指导系统的模块示意图。

图6显示为本发明实施例中处理装置的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

区别于现有技术中“点”的判断机制，本发明旨在将物理场、化学场中的众多可变因素集合在一起，结合计算热力学、计算流体力学和化学反应动力学，将多种因素考虑进去，通过严格的理论计算，得到不同的热流态区域或沉积效率区域等，将同类型不同形态的区域放在同一维度(如图谱)中呈现以进行参数组合的考量，从而实现“面”的判定机制来划分出合理的参数组合，使外延生长设备运行在合理的工艺窗口内，以此保证均匀性与生长效率。

需说明的是，我们主要考虑外延生长设备的反应腔，基于反应腔相关的一或多个物理场和化学场进行考量，所述物理场包括了流场、温场和电离场等，所述化学场包含了气相反应和表面反应以及反应速率等。

以物理场中流场指导为例，进行说明：

如图1所示，展示本发明实施例中用于指导外延工艺的方法的流程示意图。

所述方法具体包括：

步骤s101：获取根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合。

以mocvd举例来讲，其反应腔是托盘式，则所述硬件设计参数包括：反应腔及托盘的几何参数中的一或多种，例如高度h(取值范围可例如为0-100mm)、托盘直径d(取值范围可例如为0-1000mm)及挡环与托盘距离(取值范围可例如为0-30mm)中的一或多种，工艺参数包括：托盘温度t(取值范围可例如为500-1500c)、喷淋头温度t(取值范围可例如为50-200c)、反应腔的压强p(取值范围可例如为0-1300mbar)、托盘转速w(取值范围可例如为0-1300rpm)、及通入反应腔的气体的总流量q(取值范围可例如为0-1000slm)中的一或多种；进一步的，气氛参数还可例如为所述气体的组分x等。

步骤s102：将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱。

其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对半导体生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线。

承前所述，所述物理场包括了流场、温场和电离场等，所述化学场包含了气相反应和表面反应以及反应速率等，我们可以通过选择的参数组合的不同的参数组合值集合，例如mocvd反应腔中反应腔的压强p和托盘转速w，第一组参数组合值为(p1，w1)，第二组参数组合值为(p2，w2)…第n组参数组合值为(pn，wn)等；并可基于物理和/或化学理论原理所定义的参数间数学关系(如计算热力学、计算流体力学和化学反应动力学所定义的各种计算公式等，通过无量纲数来表示p和w之间的数学关系)，生成图谱形式的数学模型来同时展现单个物理场、单个化学场、物理场之间的耦合场、化学场之间的耦合场、或物理场和化学场之间的耦合场中的多种态样

以反应腔相关的流场为例进行所述图谱生成的举例：

在通常的方法中，以模拟为例，将反应腔的硬件设计参数(如几何尺寸等)建模完成后，随着不断输入工艺参数组合，可以得到大致三种不同的反应腔内的流场形态：

如图2a所示，在压力较高，转速较低的情况下，反应腔内的流场形态会出现中心对流的情况，如图中左侧201部分所示。

如图2b所示，在转速较高，总流量偏低的情况下，边缘流场会出现涡旋的情况，如图中右侧202部分所示。

如图2c所示，在各运行条件设置较为合理的情况下，流场会呈现一种无扰流的层流状态。

上述图示实施例中的高、低、合理等均是相对而言，会产生相应的流场形态即可，并不对相应的硬件设计参数、工艺参数的取值进行限定。

接着，我们要将上述三种流场形态通过所选择的参数组合的多组参数值集合表示于同一图谱中，在该图谱中，将中心对流的流态称为热浮力对流区域；边缘流场出现涡旋的称为感生涡旋区域；平稳无扰流的称为层流区域，热浮力对流区域、感生涡旋区域是不稳定的流态区域，是需要避开的区域，层流区域是稳定的流态区域，对其而通过物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系在该图谱中确定各个区域间的界线就能得到落在稳定的流态区域中的参数值集合。

如图3所示，展示在以流场为例实施例中图谱及界线的获取方式，其包括：

步骤s301：定义关联于外延生长设备的反应腔中多种流场形态的特征描述信息。

其中，各种所述流场/反应场形态的形成与反应腔的硬件设计和/或工艺参数相关联；所述流场形态包括：稳定流态及不稳定流态，所述反应场形态包括平衡反应态及非平衡反应态。

步骤s302：根据所选取的一或多种硬件设计参数和/或工艺参数形成参数组合，并将在设定成所述参数组合的每组参数值集合情况下所得到的关联于各种所述流场/反应场形态的特征描述信息进行对比，以在基于所述参数组合的多组参数值集所形成的图谱中，获得用于分隔出对应稳定流态/平衡反应态的合理参数组合取值区域和对应不稳定流态/非平衡反应态的不合理参数组合取值区域的界线。

以物理场中的流场为例来讲，承前所述，所述反应腔的硬件设计参数包括：高度h、托盘直径d及挡环与托盘距离中的一或多种，工艺参数包括：托盘温度t、喷淋头温度t、反应腔的压强p、托盘转速w、及通入反应腔的气体的总流量q中的一或多种。

所述特征描述信息为无量纲数，其包括：对应热浮力对流形态的格拉晓夫数gr、对应感生涡旋形态的雷诺数rew、及对应层流形态的雷诺数re；其中，gr与所述高度h、压强p、托盘温度t、及喷淋头温度t相关；rew与托盘直径d及托盘转速w相关；re与反应腔的直径d和总流量q相关。

其中，gr的大小代表图谱中热浮力对流区域的强弱，rew的大小代表图谱中感生涡旋区域的强弱，re的大小代表图谱中层流区域的强弱。

在传热学中，gr的计算公式为：

其中，αv为体积变化系数，对于理想气体即等于绝对温度的倒数，g是重力加速度，l是特征尺度，δt为温差，v是运动黏度；与gr相关的高度h、压强p、托盘温度t、及喷淋头温度t等均可通过物理理论所定义与式1中参数间的计算关系而转化至式1中，以计算gr。

re和rew的计算公式：re＝ρvl/μ(式2)；

其中，v、ρ、μ、l分别为流体的流速、密度、黏性系数、特征长度；根据rew与托盘直径d及托盘转速w相关，re与反应腔的直径d和总流量q相关，通过物理理论所定义参数d、w、d、q与式2中参数间的计算关系而转化至式2，以计算re和rew。

进一步的，在传热学中，由于gr/re²的大小代表着自然对流对强制对流的影响程度，即可以根据gr、与re的二次幂(即gr/re²)的对比以判定对应热浮力对流形态的第一参数组合取值区域(即热浮力对流区域)与对应层流形态的第二参数组合取值区域(即层流区域)间的界线，例如根据比值确定两种形态强度相近的各个点(每个点对应一个参数组合值集合)，以拟合成界线；以及/或者，相似的，可以根据gr与re和rew乘积(即gr/(re×rew))的对比以判定第二参数组合取值区域与对应感生涡旋形态的第三参数组合取值区域(即感生涡旋区域)间的界线。

再以化学场中的反应场举例来说，所述反应场包括气相反应场，表面反应场等。

举例来说，所述工艺参数还包括：所述气体为h2、n2、nh3、或ph3，源气体为tmga、tmin、或tmal，各气体组分xi，所述gr、re及rew还与xi相关，。

在对应反应场的图谱中，可以通过与所述re及rew相关的边界层δ及托盘温度t，得到反应前体的输运限制与化学反应限制的界限；进而，由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围。

具体来讲，在靠近输运限制的化学反应区域范围内，找到可逆的主反应方程式，分别确定正向和反向反应的反应速率常数k、活化能ea、及指前因子a，由正向反应和反向反应的反应速率为界线区分平衡态与非平衡态区域。

进而，在指导工艺运行时，用户可以任意输入各工艺参数都能得到所处的区域，方便快捷的获得正确的参数组合，指导工艺开发。在正确的运行条件下完成的生长工艺，薄膜质量和均匀性将得到显著的提高，而这种稳定态的流场运行，也会大大减少扰流造成的反应腔壁面的有害沉积，大大延长设备维护周期，这对量产型设备至关重要。

如图4所示，展示实施例中关于流场的图谱的示意图。

在本实施例中，所述图谱以直角平面坐标系形式呈现，横轴为w，纵轴为p，所述图谱中通过界线划分出分别对应稳定流态及不稳定流态的参数组合取值区域(即不同的(w，p)值)，也就是划分出层流区域401分别和热浮力对流区域402及感生涡旋区域403间的界线，该界线并非固定的，其随着温度(t/t)、总流量q的变化会发生变化。

于第一方面的一实施例中，同理的，在对应化学场的图谱中，用于示出对半导体生长效率有利的合理参数组合(可包含气体组分x)取值区域的界线为输运过程线，越接近该输运过程线的参数组合取值区域生长效率越高，本领域技术人员可以依据上述思想加以实现，此处不作展开描述与示例。

如图5所示，展示本发明提供的外延生长设备的工艺指导系统，由于其原理与上述方法基本相同，因此实施例间通用的技术特征不作重复赘述。

所述系统包括：

存储模块501，用于存储根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合；

处理模块502，用于从所述存储模块501读取数据，并将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱；其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对外延生长设备的生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线。

于第二方面的一实施例中，所述物理场包括流场、温场、及密度场；所述化学场包括浓度场、及反应场；图谱中界线的获取方式，包括：定义关联于外延生长设备的反应腔中多种流场/反应场形态的特征描述信息；其中，各种所述流场/反应场形态的形成与反应腔的硬件设计和/或工艺参数相关联；所述流场形态包括：稳定流态及不稳定流态，所述反应场形态包括平衡反应态及非平衡反应态；根据所选取的一或多种硬件设计参数和/或工艺参数形成参数组合，并将在设定成所述参数组合的每组参数值集合情况下所得到的关联于各种所述流场/反应场形态的特征描述信息进行对比，以在基于所述参数组合的多组参数值集所形成的图谱中，获得用于分隔出对应稳定流态/平衡反应态的合理参数组合取值区域和对应不稳定流态/非平衡反应态的不合理参数组合取值区域的界线。

于第二方面的一实施例中，所述图谱以直角平面坐标系形式呈现，所述图谱中通过界线划分出分别对应稳定流态/平衡反应态及不稳定流态/非平衡反应态的参数组合取值区域。

于第二方面的一实施例中，在所述反应腔为托盘式的情况下，所述硬件设计参数包括：反应腔及托盘的几何参数中的一或多种；以及/或者，所述工艺参数包括：温度参数、托盘旋转参数、气流参数、气氛参数及压力参数中的一或多种。

于第二方面的一实施例中，所述反应腔的硬件设计参数包括：高度h、托盘直径d及挡环与托盘距离中的一或多种，工艺参数包括：托盘温度t、喷淋头温度t、反应腔的压强p、托盘转速w、及通入反应腔的气体的总流量q中的一或多种；所述多种流场形态包括：属于不稳定流态的热浮力对流形态及感生涡旋形态；属于稳定流态的层流形态；所述特征描述信息为无量纲数，其包括：对应热浮力对流形态的格拉晓夫数gr、对应感生涡旋形态的雷诺数rew、及对应层流形态的雷诺数re；其中，gr与所述高度h、压强p、托盘温度t、及喷淋头温度t相关；rew与托盘直径d及托盘转速w相关；re与反应腔的直径d和总流量q相关；在根据硬件设计参数h、d、和d以及工艺参数t、t、p、w、和q中的一或多种参数所组成参数组合的多组参数值形成的图谱中，根据gr、与re的二次幂的对比以判定对应热浮力对流形态的第一参数组合取值区域与对应层流形态的第二参数组合取值区域间的界线，以及/或者，根据gr与re和rew乘积的对比以判定第二参数组合取值区域与对应感生涡旋形态的第三参数组合取值区域间的界线。

于第二方面的一实施例中，所述工艺参数还包括：所述气体为h2、n2、nh3、或ph3，源气体为tmga、tmin、或tmal，各气体组分xi，所述gr、re及rew还与xi相关。

于第二方面的一实施例中，在对应反应场的图谱中，通过与所述re及rew相关的边界层δ及托盘温度t，得到反应前体的输运限制与化学反应限制的界限；所述用于指导外延工艺的方法，包括：由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围。

于第二方面的一实施例中，所述由距离输运线的远近，判断生长速率的快慢及其合理参数的区域范围，包括：在靠近输运限制的化学反应区域范围内，找到可逆的主反应方程式，分别确定正向和反向反应的反应速率常数k、活化能ea、及指前因子a，由正向反应和反向反应的反应速率为界线区分平衡态与非平衡态区域。

需要说明的是，应理解以上系统的各个功能模块(存储模块501及处理模块502)的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块502可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块502的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块(501、502)可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称soc)的形式实现。

为实现上述目标及其他相关目标，本发明实施例中还可提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时实现如第一方面中任一种实施例所述的用于指导外延工艺的方法。

如图6所示，本发明实施例中还可提供一种处理装置600，其可例如为处理设备，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机等，也可以是具有处理能力的控制部件，例如控制器等。

所述处理装置600包括：处理器601及存储器602；可选的，处理器601和存储器602之间可以通过总线(例如图中粗黑线所示)通信连接，当然此非唯一连接方式，在某些实施例中，也可以是直连的方式。

所述存储器602，存储有计算机程序；

所述处理器601，用于运行所述计算机程序以实现如第一方面中任一种实施例所述的用于指导外延工艺的方法。

所述处理器601可以是通用处理器601，包括中央处理器601(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器601(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器601(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

存储器602可能包含随机存取存储器602(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器602(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器602。

于本发明的一实施例中，本发明还可提供一种外延生长设备，耦接或集成所述的处理装置600。本发明的方案不局限于单个物理场或者化学场的指导图谱，可以是多物理场、多化学场之间的耦合判定，而所述外延生长设备只要包括加热、旋转、气氛、压力等变化，而不局限于cvd/pvd/ald等。

综上所述，本发明的外延生长设备及其方法、装置、系统和存储介质，通过获取根据与外延生长设备的反应腔相关的由一或多种硬件设计和/或工艺参数构成的参数组合的多组参数值集合；将所述多组参数值集合基于物理和/或化学理论原理所定义参数间数学关系进行分析，并利用分析结果形成图谱；其中，所述图谱通过多个参数组合取值区域分别描述反应腔的一或多个物理场、化学场、或者物理场和/或化学场间的耦合场的多个变化形态，且所述图谱中包含用于示出对半导体生长效率有利的合理参数组合取值区域的界线；本发明通过参数组合的“面”而非现有技术的“点”的形式界定出合理参数组合的工艺窗口区域，据此即可指导工艺运行避开不利于生长效率的区域，从而有效提高生长效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。