CN114481310A - 金刚石生长设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金刚石生长设备及方法，所公开的金刚石生长设备包括工艺腔室、第一检测模块、第二检测模块和控制模块，工艺腔室包括腔室本体和用于承载半导体基片的承载座，第一检测模块用于检测半导体基片的实际温度，第二检测模块用于检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，第一检测模块和第二检测模块均与控制模块相连；控制模块用于在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整工艺内腔的工艺条件，直至第一差值小于或等于所述第一预设波动值。上述方案可以解决只通过红外测温仪检测半导体基片的温度存在检测可靠性较低的问题。

Description

金刚石生长设备及方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种金刚石生长设备及方法。
背景技术
在半导体基片上制备金刚石薄膜时，通常采用高温高压法、热丝法、燃烧火焰法、等离子体炬法、微波等离子体法(MPCVD)等。其中，微波等离子体法制备的金刚石薄膜具有面积均匀、无电极污染的特点，是制备高品质金刚石薄膜的重要方法。
在金刚石薄膜的制备的过程中，MPCVD使用微波源产生微波，通过三销钉、波导、模式转换器将微波馈入至腔室，在腔室内谐振放电激发工艺气体生成等离子体，调整三销钉等手段使等离子体大部分落在腔室内的基片台正上方，通过等离子体加热基片台上的基片，进行金刚石的外延沉积。在工艺过程中，半导体基片的温度需要保持在一定的温度范围内才能满足制备要求。在相关技术中，半导体基片的温度由红外测温仪通过视窗测量获得，经计算后显示在软件界面上，工艺人员通过观察界面上的温度示数判断半导体基片的温度。在半导体基片的温度超出一定的温度范围后，通过手动调节半导体基片的温度，使其保持在一定的波动范围内，这种只通过红外测温仪检测半导体基片的温度会存在检测可靠性较低的问题。
发明内容
本发明公开了一种金刚石生长设备及方法，以解决只通过红外测温仪检测半导体基片的温度会存在检测可靠性较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本申请公开一种金刚石生长设备，包括工艺腔室、第一检测模块、第二检测模块和控制模块，其中：
所述工艺腔室包括腔室本体和用于承载半导体基片的承载座，所述腔室本体具有工艺内腔，所述承载座设于所述工艺内腔中；
所述第一检测模块用于检测所述半导体基片的实际温度，所述第二检测模块用于检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，所述第一检测模块和所述第二检测模块均与所述控制模块相连；
所述控制模块用于在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整所述工艺内腔的工艺条件，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值；其中，所述实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值为所述第一差值，所述实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值为所述第二差值。
第二方面，本申请还公开一种金刚石生长方法，应用于第一方面所述的金刚石生长设备，所述方法包括：
检测半导体基片的实际温度；
检测C2谱线与Hα谱线的实际强度，计算所述C2谱线与所述Hα谱线的实际谱线强度比值；
计算第一差值，其中，所述第一差值为所述实际温度与预设的所述目标温度的差值的绝对值；
计算第二差值，其中，所述第二差值为所述实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值；
在所述第一差值大于所述第一预设波动值，且所述第二差值大于所述第二预设波动值的情况下，调整所述工艺内腔的工艺条件，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值。
本发明采用的技术方案能够达到以下技术效果：
通过设置第一检测模块和第二检测模块，使得第一检测模块检测半导体基片的实际温度，第二检测模块检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，从而使得实际温度与预设的目标温度的差值为第一差值，实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值为第二差值，进而使得在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值时，控制模块调整制工艺内腔的工艺条件来使第一差值小于或等于第一预设波动值，以使半导体基片的实际温度满足工艺要求，从而使得控制模块控制工艺内腔的工艺条件的触发条件更准确，从而可以有效地避免单独使用第一检测模块或第二检测模块时存在误触发的问题，进而使得对半导体基片的实际温度的控制更稳定；通过第一检测模块和第二检测模块两个检测模块检测不同的检测对象来判断半导体基片的实际温度，使得对半导体基片的实际温度的检测更准确，进而使得控制模块控制工艺内腔的工艺条件的触发更准确，从而有效的提高了对半导体基片温度检测的可靠性，从而可以有效地提高金刚石生长设备的工艺性能。
附图说明
图1为本发明实施例公开的金刚石生长设备的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的承载座的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的流量控制器的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的第一种金刚石生长方法的控制流程图；
图5为本发明实施例公开的控制工艺内腔的工艺条件的控制流程图；
图6为本发明实施例公开的第二种金刚石生长方法的控制流程图。
附图标记说明：
100-腔室本体、
200-工艺内腔、
300-承载座、310-升降支撑台、320-升降基台、
400-第三检测模块、
500-进气管、
600-第一视窗、
700-第二视窗、
800-流量控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
请参考图1至图3，本发明实施例公开了一种金刚石生长设备，所公开的金刚石生长设备包括工艺腔室、第一检测模块、第二检测模块和控制模块，其中：
工艺腔室包括腔室本体100和用于承载半导体基片的承载座300，腔室本体100具有工艺内腔200，承载座300设于工艺内腔200中。承载座300可以设于工艺内腔200的底壁。
第一检测模块用于检测半导体基片的实际温度，第二检测模块用于检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，第一检测模块和第二检测模块均与控制模块相连。第二检测模块用于检测工艺内腔200中的C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，第二检测模块检测的C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值可以是靠近半导体基片处的C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值。第一检测模块和第二检测模块可以设于腔室本体100，也可以不与腔室本体100连接。第一检测模块可以是红外测温仪或温度计等，第二检测模块可以是光谱仪或其他可以检测光谱强度的装置。
控制模块用于在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整工艺内腔200的工艺条件，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。其中，实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值为第一差值，实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值为第二差值。
在本实施例中，第二检测模块实时对516.08nm C2谱线和656.19nm Hα谱线进行监控，其中C2基团是生长金刚石的主要碳源，由工艺气体中的甲烷(CH4)裂解产生，当温度升高时，甲烷的裂解增强，等离子体中C2浓度升高，光谱仪测量到的C2谱线强度增大，而Hα基团的浓度受温度影响不大，Hα谱线强度变化很小。因此，使用C2基团和Hα基团发射谱线强度的比值可以表征等离子体中碳源的相对浓度，温度波动会导致相对浓度的波动。当C2/Hα光谱强度比值的波动幅度超过第二预设阈值时，可以确认基片温度发生异常波动，排除红外测温仪的误报警因素，由此启动控温逻辑。
控制工艺内腔200的工艺条件可以是控制工艺内腔200的压力、温度、工艺气体的浓度等，这里对工艺条件不进行限制。腔室本体100上可以开设有第一视窗600和第二视窗700，第一检测模块可以通过第一视窗600检测半导体基片的实际温度，第二检测模块可以通过第二视窗700检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值。
金刚石生长设备在对半导体基片进行工艺时，先预设目标温度和目标谱线强度比值。预设的目标温度和预设的目标谱线强度比值可以通过实验得出，预设的目标温度和预设的目标谱线强度比值可以是半导体基片在工艺时最适宜的温度和谱线强度比值。不同的半导体基片的种类可能具有不同的预设的目标温度和预设的目标谱线强度比值。预设的目标谱线强度比值与温度、工艺气体的浓度等有关。
第一预设波动值为在半导体基片满足工艺要求的情况下，半导体基片的温度与预设的目标温度的差值的绝对值的最大值，是在满足工艺条件的情况下，半导体基片可以偏离预设的目标温度的最大值。第一预设波动值可以通过实验获得。半导体基片的温度与预设的目标温度的差值的绝对值的最大值包括向高于预设的目标温度的方向偏离的最大值，和向低于预设的目标温度的方向偏离的最大值。具体的，第一预设波动值可以是5摄氏度。根据不同的工艺环境，第一预设波动值可以根据具体的需要进行设置。第二预设波动值是在满足工艺要求的情况下，C2谱线与Hα谱线的谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值的最大值，第二预设波动值可以通过实验获得。C2谱线与Hα谱线的谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值的最大值包括向高于预设的目标谱线强度比值的方向偏离的最大值，和向低于预设的目标谱线强度比值的方向偏离的最大值。具体的，第二预设波动值可以为预设的目标谱线强度比值乘以4％的值。根据不同的工艺环境，第二预设波动值可以根据具体的需要进行设置。
金刚石生长设备可以是适用于微波等离子体法MPCVD制备半导体基片的设备。微波等离子体法是通过微波将能量馈入工艺内腔200中的工艺气体，以使工艺气体电离产生等离子体，进而对基片加热并沉积半导体基片，半导体基片生长为金刚石。当然，金刚石生长设备也可以用于生长其他半导体器件。
在金刚石生长设备制备金刚石薄膜时，采用的工艺气体包括甲烷，甲烷在裂解时会产生C2基团，是生长金刚石的主要碳源。在工艺内腔200的温度升高时，甲烷的裂解将会增强，C2的浓度也会升高；在工艺内腔200的温度降低时，甲烷的裂解将会减弱，C2的浓度也会相应的降低。在工艺内腔200中还具有Hα基团，Hα基团受温度的影响很小。
在工艺内腔200的温度升高时，C2的浓度升高，C2谱线强度增大，在工艺内腔200的温度降低时，C2的浓度会相应的降低，C2谱线强度减小。而在工艺内腔200的温度升高或降低时，Hα基团受温度的影响很小，Hα谱线的强度基本不发生变化。在工艺腔室的温度发生波动时，C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值也会发生相应的波动。通过实验可以获得工艺内腔200的不同温度所对应的C2谱线与Hα谱线的谱线强度比值，进而可以通过第二检测模块检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值判断工艺内腔200的温度波动，进而通过工艺腔室的温度波动判断半导体基片的温度波动。半导体基片位于工艺内腔200中，为了减小将工艺内腔200的温度波动对应成半导体基片的温度波动时的误差，第二检测模块可以检测靠近半导体基片上方的C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值。
本申请公开的金刚石生长设备通过设置工艺腔室、第一检测模块、第二检测模块和控制模块，第一检测模块和第二检测模块均可设于腔室本体100，第一检测模块可以检测半导体基片的实际温度，第二检测模块可以检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，第一检测模块和第二检测模块均与控制模块相连，使得控制模块可以在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整工艺内腔200的工艺条件，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，其中，实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值为第一差值，实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值为第二差值。
控制模块可以内设有控制逻辑，在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，控制模块可以根据第一差值和第二差值对应的控制条件控制工艺内腔200的工艺条件，从而使第一差值小于或等于第一预设波动值。
通过设置第一检测模块和第二检测模块，使得第一检测模块检测半导体基片的实际温度，第二检测模块检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，从而使得实际温度与预设的目标温度的差值为第一差值，实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值为第二差值，进而使得在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值时，控制模块调整工艺内腔200的工艺条件来使第一差值小于或等于第一预设波动值，以使半导体基片的实际温度满足工艺要求，从而使得控制模块控制工艺内腔200的工艺条件的触发条件更准确，从而可以有效地避免单独使用第一检测模块或第二检测模块时存在误触发的问题，进而使得对半导体基片的实际温度的控制更稳定；通过第一检测模块和第二检测模块两个检测模块检测不同的检测对象来判断半导体基片的实际温度，使得对半导体基片的实际温度的检测更准确，进而使得控制模块控制工艺内腔200的工艺条件的触发更准确，从而有效的提高了对半导体基片温度检测的可靠性，从而可以有效地提高金刚石生长设备的工艺性能。
由于工艺内腔200的工艺条件相对较复杂，为了使实际温度与预设的目标温度的第一差值小于或等于第一预设波动值，工艺条件可以包括向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率和工艺内腔200内的压力。金刚石生长设备可以包括微波源和压力调节装置，微波源和压力调节装置均设于腔室本体100，微波源用于向工艺内腔200馈入微波以形成等离子体，压力调节装置包括进气组件和抽气组件，二者配合可以控制工艺内腔200内的压力。控制模块用于在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，在第一预设范围内调整功率，以及在第二预设范围内调整压力，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。其中，|所述第一预设范围的最大值或最小值-设定功率|/设定功率≤第一预设比。|所述第二预设范围的最大值或最小值-设定压力|/设定压力≤第二预设比。在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，在第一预设范围内调整功率，和在第二预设范围内调整压力可以是同时进行的，由于在一些情况下，根据检测结果，功率和压力的调节可以通过实验预先获取并预设，同时进行调节可以有效地提高调节的效率。
微波源可以是产生微波并激发等离子体的部件，微波源的实际功率不同，C2基团的浓度不同。半导体基片的实际温度与C2基团的浓度相关。压力调节装置可以是控制工艺内腔200的实际压力的装置，通过改变工艺内腔200的实际压力可以改变工艺内腔200的温度，进而改变半导体基片的实际温度。
设定功率和设定压力可以是通过实验获取的并预设的值，设定功率和设定压力可以是与预设的目标温度相对应的值。为了满足第一差值小于或等于第一预设波动值，可以通过实验获得功率和压力的调节范围，从而获得相对于设定功率和设定压力的第一预设比和第二预设比。
在实际的控制过程中，通过向金刚石生长设备预设第一预设比和第二预设比，根据：
|所述第一预设范围的最大值或最小值-设定功率|/设定功率≤第一预设比；
|所述第二预设范围的最大值或最小值-设定压力|/设定压力≤第二预设比；
可以分别获得功率和压力调节的第一预设范围和第二预设范围。
为了满足第一差值小于或等于第一预设波动值，在对功率和压力进行调节时，功率在第一预设范围内进行调节，压力在第二预设范围内调节，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。在调节时，功率可以遍历第一预设范围，压力可以遍历第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。
在调节功率和压力时，功率的调节可以是沿朝着大于设定功率的方向调节，也可以是沿朝着小于设定功率的方向调节。实际压力的调节可以是沿小于设定压力的方向调节，也可以是沿大于设定压力的方向调节。在调节功率和压力时，可以分别遍历第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。
具体的第一预设比可以是5％，第二预设比可以是8％，当然第一预设比和第二预设比也可以其他值，金刚石生长设备可以根据不同的工艺环境和不同的半导体基片的特性进行设置。
通过将工艺条件确定为向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率和工艺内腔200内的压力，使得在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，控制模块可以在第一预设范围内调整功率，以及在第二预设范围内调整压力，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，从而使得通过控制功率和压力来控制工艺内腔200的工艺环境，进而可以通过改变工艺内腔200的工艺环境来使第一差值小于或等于第一预设波动值。通过将功率的调节范围限制在第一预设范围内，压力的调节范围限制在第二预设范围，可以使得对工艺内腔200的工艺环境控制更精确，限制调节范围也可以提高调节工艺环境的效率，而且在对功率和压力调节时，工艺内腔200的工艺环境能够保持稳定。在对工艺环境进行调节时，调节功率可以是改变电流的大小或微波源的工作数量，调节压力是可以是通过控制压力的压力阀的开度或工艺气体流入和流出的速率等，对压力和功率调节相对于其他工艺条件的调节较为便捷，从而更适于对工艺环境的调节。
C2基团与Hα基团在工艺内腔200中通常不是均匀分布的，半导体基片在进行工艺时，C2基团与Hα基团更多的集中在半导体基片的上方，半导体基片的温度与C2基团、Hα基团相关。在生长工艺中，半导体基片随着金刚石薄膜的生长，其厚度也会发生变化，半导体基片的生长面因所处的工艺环境的C2基团、Hα基团的变化会发生变化，以使半导体基片的温度发生变化。基于半导体基片的厚度的变化，在一些可能的情况中中，在功率遍历第一预设范围、压力遍历第二预设范围后，第一差值仍大于第一预设波动值。
为了进一步将第一差值调节至小于或等于第一预设波动值，一种可选的实施例，承载座300可以包括升降基台320和用于承载半导体基片的升降支撑台310，升降基台320可移动地设于工艺内腔200中，升降支撑台310可移动地设于升降基台320中。控制模块可以与升降支撑台310相连，控制模块还用于在遍历第一预设范围和第二预设范围之后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整升降支撑台310的高度，每调整一次升降支撑台310的高度，遍历一次第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，其中，第三预设范围的最大值为升降支撑台310的设定高度加上第一预设距离，第三预设范围的最小值为升降支撑台310的设定高度减去第一预设距离。升降支撑台310的设定高度可以是预先设置的高度，升降支撑台310的设定高度可以是第三预设范围的最大值和最小值的中间值。每调整一次升降支撑台310的高度遍历一次第一预设范围和第二预设范围，这里每次调整升降支撑台310的升降精度可以是0.5mm，当然也可以是其他升降精度。每次调整升降支撑台310的升降精度可以根据不同工艺要求进行预设。
在具体的调节过程中，在第三预设范围内调整升降支撑台310的高度，每调整一次升降支撑台310的高度，遍历一次第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。
第三预设范围最大值为升降支撑台310的设定高度加上第一预设距离，第三预设范围的最小值为升降支撑台310的设定高度减去第一预设距离。其中，第一预设距离可以是系统预设的升降支撑台310可以上升或下降的最大值。第三预设范围可以是：升降支撑台310的设定高度±第一预设距离。例如，第三预设范围＝升降支撑台310的设定高度±1.5mm。当然，金刚石生长设备由于不同的工艺要求和不同的工艺环境，其升降支撑台310的升降范围可以根据实际情况进行设计。
通过设置升降支撑台310，使得半导体基片可以随升降支撑台310的升降改变半导体基片附近的C2基团、Hα基团环境，进而可以改变半导体基片的温度，从而使得在功率遍历第一预设范围和压力第二预设范围之后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整升降支撑台310的高度，每调整一次升降支撑台310的高度，遍历一次第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，从而可以有效地实现对半导体基片的实际温度的控制。
由于半导体基片的工艺过程是一个精密的工艺过程，半导体基片在工艺内腔200的位置相对固定可以使得对半导体基片的工艺更精密，因此，将调整升降支撑台310的高度这一调节过程设于在功率遍历第一预设范围和压力第二预设范围之后，而不是在功率遍历第一预设范围和压力第二预设范围之前，这种先后调节顺序设置相对更合理，使得在遍历第一预设范围和压力第二预设范围时，在已经满足调节的要求时，可以不在对升降支撑台进行调节，从而有效地避免半导体基片移动对半导体基片生长产生影响。
在一些实施例中，升降支撑台310遍历整个第三预设范围之后，仍存在第一差值大于第一预设波动值的情况，此时，金刚石生长设备的自动调节无法满足要求，需要输出报警以便进行人为控制。优选的，控制模块可以用于在遍历第三预设范围之后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，抛出报警。可选的，金刚石生长设备还可以包括报警器，报警器可以与控制模块相连。
控制模块在升降支撑台310遍历整个第三预设范围后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，可以抛出报警，从而可以在金刚石生长设备无法自动调节的情况下报警提示，警示用户进行人为干预，进而可以及时对工艺环境进行人为控制。
在对半导体基片工艺时，半导体基片不同局部区域的区域温度会存在温差，不同局部区域的区域温度与各区域温度的均值在超出一定范围时将会影响半导体基片的工艺。为了解决不同局部区域的区域温度与各区域温度的均值在超出一定范围时会对工艺带来影响的问题，本申请公开一种可选的实施例，承载座300可以包括升降基台320和用于承载半导体基片的升降支撑台310，升降基台320可移动地设于工艺内腔200，升降支撑台310可移动地设于升降基台320，控制模块与升降基台320相连。
升降支撑台310中可以设有多个第三检测模块400，多个第三检测模块400可以间隔分布，用于分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度。控制模块还用于在第一差值小于或等于第一预设波动值，且在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整升降基台320的高度，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，其中，第三差值为各区域温度的均值与任一区域温度之间的差值的绝对值，第四预设范围的最大值为升降基台320的设定高度加上第二预设距离，第四预设范围的最小值为升降基台320的设定高度减去第二预设距离。多个第三检测模块400可以设于升降支撑台310的内部，且连接于升降支撑台310的支撑半导体基片的一侧，多个第三检测模块400可环绕升降支撑台310的中心轴线设置。
调整升降基台320的高度时，每次调整的精度可以是1mm，当然也可以是其他调整精度。调整升降基台320可以根据不同工艺要求进行预设。第四预设范围的最大值为升降基台320的设定高度加上第二预设距离，第四预设范围的最小值为升降基台320的设定高度减去第二预设距离。其中第二预设距离可以是系统预设的升降基台320可以上升或下降的最大值。第四预设范围可以是：升降基台320的设定高度±3mm，当然，金刚石生长设备由于不同的工艺要求和不同的工艺环境，其升降基台320的升降范围可以根据实际情况进行设计。
由于工艺内腔200的工艺环境并不是均匀的，半导体基片的整个区域的工艺环境并不是一样的，半导体基片的不同局部区域在工艺内腔200的不同位置处的温度也会不同，通过控制升降基台320高度可以改变半导体基片不同局部区域的区域温度，进而可以控制各区域温度的均值与区域温度之间的差值位于第三预设波动值内。
第三预设波动值可以是半导体基片满足工艺要求的情况下，任一区域温度可以偏离各区域温度的均值的范围，第三预设波动值可以是通过实验获取的。
在具体的实施过程中，承载座300包括升降基台320和用于承载半导体基片的升降支撑台310，升降基台320可移动地设于工艺内腔200，升降支撑台310可移动地设于升降基台320，控制模块与升降基台320相连。升降支撑台310可以设有多个第三检测模块400，多个第三检测模块400可以用于分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度。控制模块还用于在第一差值小于或等于第一预设波动值，且在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整升降基台320的高度，直至第三差值小于或等于第三预设波动值。
通过升降支撑台310设有多个第三检测模块400，使得多个第三检测模块400可以分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度，进而使得在第一差值小于或等于第一预设波动值，且在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整升降基台320的高度，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，从而可以对半导体基片的各个局部区域的温度更精确的控制，使得各局部区域的温差不至于过大，进而能够避免由于温差较大而导致半导体基片生长不均衡的问题。由于半导体基片的生长过程与其各局部区域的温度密切相关，通过对各个局部区域的温度更精确的控制，可以使得各个局部区域的温度相对更均匀，半导体基片在生长过程中更稳定，从而使得制备的半导体基片可以满足工艺要求。
进一步的，腔室本体100设有多个工艺气体进口，各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，流量控制器800用于控制工艺气体从工艺气体进口进入工艺内腔200的流量大小，控制模块与各流量控制器800相连，每个工艺气体进口与一个局部区域相对设置。
控制模块还可以用于在遍历第四预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，控制相应的局部区域对应的流量控制器800在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率，每调整一次进气流量和功率，遍历一次第四预设范围，直至第三差值小于或等于第三预设波动值；其中，
|第五预设范围的最大值或最小值-设定流量|/设定流量≤第三预设比；
|第六预设范围的最大值或最小值-当前功率|/当前功率≤第四预设比。
第五预设范围为系统预设的局部区域对应的进气流量的调节范围，第五预设范围可以根据实验获取，以使进气流量在调整范围内适宜半导体基片的工艺。第六预设范围是系统预设的调整向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率的范围。微波源还用于在其他条件下调整功率，功率在不同的情况下是不同的。通过实验，可以获得在当前的功率下可以进一步进行调节的范围。第三预设比和第四预设比可以通过实验获得，在工艺之前预设于控制系统中，再通过预设的第三预设比和第四预设比、设定流量和当前功率，可以确定调整进气流量的第五预设范围和调整功率的第六预设范围。
具体的，第三预设比可以为2％，第四预设比可以为3％，当然第三预设比和第四预设比也可以是其他值，金刚石生长设备可以根据实际的情况进行选择。
进气流量的调节可以向大于设定流量的方向进行调节，也可以是向小于设定流量的方向进行调节，每次对进气流量的流量大小的调节可以是通过实验获得，在不同工艺条件下对应有相应的调节精度。功率的调节可以是沿大于当前功率的方向调节，也可以是沿小于当前功率的方向调节，功率每次的调节精度可以是通过实验获得，在不同工艺条件下对应有相应的调节。
本申请通过在腔室本体100设有多个工艺气体进口，各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，控制模块与各流量控制器800相连，每个工艺气体进口与一个局部区域相对设置，使得在遍历第四预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，控制模块可以控制相应的局部区域对应的流量控制器800在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向所述工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率，每调整一次进气流量和功率，遍历一次第四预设范围，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，从而使得半导体基片的各区域的温度满足工艺要求；通过在一定范围内调整进气流量和功率，使得调整进气流量和功率的更稳定，也使得调节效率更高。
由于半导体基片在工艺过程中，半导体基片各局部区域的生长性能与局部区域的工艺气体的流量密切相关。通过在各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，使得通过控制流量控制器800可以有效地控制各工艺气体进口对应的该局部区域的工艺气体的流量，从而可以更精确的控制半导体基片的生长。
进一步的，控制模块还可以用于在遍历第五预设范围和第六预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，抛出报警。可选的，金刚石生长设备还可以包括报警器，报警器可以与控制模块相连。通过在遍历第五预设范围和第六预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，抛出报警，使得在金刚石生长设备自动控温不满足要求时及时提醒用户进行人为干预，从而提高金刚石生长设备的可靠性。本文中，报警器可以为声音报警器，也可以为灯光报警器。
如图4所示，本申请还公开一种金刚石生长方法，应用于上述任一实施例所公开的金刚石生长设备，所公开的方法包括：
检测半导体基片的实际温度；
检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，计算所述C2谱线与所述Hα谱线的实际谱线强度比值；
计算第一差值，其中，第一差值为实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值；
计算第二差值，其中，第二差值为实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值；
在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整工艺内腔200的工艺条件，直至第一差值小于或等于第一预设波动值。通过检测半导体基片的实际温度和检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，使得实际温度与预设的目标温度的差值为第一差值，实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值为第二差值，进而使得在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值时，调整工艺内腔200的工艺条件来使第一差值小于或等于第一预设波动值，以使半导体基片的实际温度满足工艺要求，从而使得控制工艺内腔200的工艺条件的触发条件更准确，从而可以有效地避免单独检测实际温度、或检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值存在误触发的问题，进而使得对半导体基片的实际温度的控制更稳定；通过不同的检测对象来判断半导体基片的实际温度，使得对半导体基片的实际温度的检测更准确，进而使得控制工艺内腔200的工艺条件的触发更准确，从而有效的提高了对半导体基片温度检测的可靠性，从而可以有效地提高金刚石生长设备的工艺性能。
如图5所示，在具体的实施过程中，工艺条件可以包括向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率和工艺内腔200内的压力；
调整工艺内腔200的工艺条件，包括：
在第一预设范围内调整功率，以及在第二预设范围内调整压力，直至第一差值小于或等于第一预设波动值；其中，
|第一预设范围的最大值或最小值-设定功率|/设定功率≤第一预设比；
|第二预设范围的最大值或最小值-设定压力|/设定压力≤第二预设比。
通过将工艺条件确定为向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率和工艺内腔200内的压力，使得在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，可以在第一预设范围内调整功率，以及在第二预设范围内调整压力，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，从而使得通过控制功率和压力来控制工艺内腔200的工艺环境，进而可以通过改变工艺内腔200的工艺环境来使第一差值小于或等于第一预设波动值。通过将功率的调节范围限制在第一预设范围内，压力的调节范围限制在第二预设范围，可以使得对工艺内腔200的工艺环境控制更精确，限制调节范围也可以提高调节工艺环境的效率，而且在对功率和压力调节时，工艺内腔200的工艺环境也相对稳定。在对工艺环境进行调节时，调节功率可以是改变电流的大小或微波源的工作数量，调节压力是可以是通过控制压力的压力阀的开度或工艺气体流入和流出的速率等，对压力和功率调节相对于其他工艺条件的调节较为便捷，从而更适于对工艺环境的调节。
进一步的，承载座300包括升降基台320和用于承载半导体基片的升降支撑台310，升降基台320可移动地设于工艺内腔200中，升降支撑台310可移动地设于升降基台320中；
所公开的方法还包括：
在遍历第一预设范围和第二预设范围之后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整升降支撑台310的高度，每调整一次升降支撑台310的高度，遍历一次第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，其中，第三预设范围的最大值为升降支撑台310的设定高度加上第一预设距离，第三预设范围的最小值为升降支撑台310的设定高度减去第一预设距离。
通过设置升降支撑台310，使得半导体基片可以随升降支撑台310的升降改变半导体基片附近的C2基团、Hα基团环境，进而可以改变半导体基片的温度，从而使得在功率遍历第一预设范围、和压力第二预设范围之后，第一差值仍大于第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整升降支撑台310的高度，每调整一次升降支撑台310的高度，遍历一次第一预设范围和第二预设范围，直至第一差值小于或等于第一预设波动值，从而可以进一步实现对半导体基片的实际温度的控制。
由于半导体基片的工艺过程是一个精密的工艺过程，半导体基片在工艺内腔200的位置相对固定可以使得对半导体基片的工艺更精密，因此，将调整升降支撑台310的高度这一调节过程设于在功率遍历第一预设范围和压力第二预设范围之后，而不是在功率遍历第一预设范围和压力第二预设范围之前，这种先后调节顺序设置相对更合理，使得在遍历第一预设范围和压力第二预设范围时，在已经满足调节的要求时，可以不在对升降支撑台进行调节，从而有效地避免半导体基片移动对半导体基片生长产生影响。
如图6所示，一种可选的实施例，承载座300可以包括升降基台320和用于承载半导体基片的升降支撑台310，升降基台320可移动地设于工艺内腔200中，升降支撑台310可移动地设于升降基台320中。升降支撑台310中设有多个第三检测模块400，多个第三检测模块400间隔分布，用于分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度；
所公开的方法还包括：
在第一差值小于或等于第一预设波动值的情况下，分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度；
计算第三差值，其中，第三差值为各区域温度的均值与任一所述区域温度之间的差值的绝对值；
在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整升降基台320的高度，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，其中，第四预设范围的最大值为升降基台320的设定高度加上第二预设距离，第四预设范围的最小值为升降基台320的设定高度减去第二预设距离。
通过升降支撑台310设有多个第三检测模块400，使得多个第三检测模块400可以分别检测半导体基片不同局部区域的区域温度，进而使得在第一差值小于或等于第一预设波动值，且在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整升降基台320的高度，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，从而可以对半导体基片的各局部区域的温度更精确的控制，从而使得各局部区域的温差不至于过大，进而能够避免由于温差较大二导致半导体基片生长不均衡的问题。由于半导体基片的生长过程与其个局部区域的温度密切相关，通过对各个局部区域的温度更精确的控制，可以使得各个局部区域的温度相对更均匀，半导体基片在生长过程中更稳定，从而使得制备的半导体基片可以满足工艺要求。
进一步的，腔室本体100设有多个工艺气体进口，各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，每个工艺气体进口与一个局部区域相对设置；
所公开的方法还包括：
在遍历第四预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，控制相应的局部区域对应的流量控制器800在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率，每调整一次进气流量和功率，遍历一次第四预设范围，直至第三差值小于或等于第三预设波动值；其中，
|第五预设范围的最大值或最小值-设定流量|/设定流量≤第三预设比；
|第六预设范围的最大值或最小值-当前功率|/当前功率≤第四预设比。
通过在腔室本体100设有多个工艺气体进口，各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，控制模块与各流量控制器800相连，每个工艺气体进口与一个局部区域相对设置，使得在遍历第四预设范围之后，第三差值仍大于第三预设波动值的情况下，控制模块可以控制相应的局部区域对应的流量控制器800在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向所述工艺内腔200内馈入微波的微波源的功率，每调整一次进气流量和所述功率，遍历一次第四预设范围，直至第三差值小于或等于第三预设波动值，从而使得半导体基片的各区域的温度满足工艺要求；通过在一定范围内调整进气流量和功率，使得调整进气流量和功率的更稳定，也使得调节效率更高。
由于半导体基片在工艺过程中，半导体基片各局部区域的生长性能与局部区域的工艺气体的流量密切相关。通过在各工艺气体进口对应的进气管500上均设有流量控制器800，使得通过控制流量控制器800可以有效地控制各工艺气体进口对应的该局部区域的工艺气体的流量，从而可以更精确的控制半导体基片的生长。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (12)

1.一种金刚石生长设备，其特征在于，包括工艺腔室、第一检测模块、第二检测模块和控制模块，其中：
所述工艺腔室包括腔室本体(100)和用于承载半导体基片的承载座(300)，所述腔室本体(100)具有工艺内腔(200)，所述承载座(300)设于所述工艺内腔(200)中；
所述第一检测模块用于检测所述半导体基片的实际温度，所述第二检测模块用于检测C2谱线与Hα谱线的实际谱线强度比值，所述第一检测模块和所述第二检测模块均与所述控制模块相连；
所述控制模块用于在第一差值大于第一预设波动值，且第二差值大于第二预设波动值的情况下，调整所述工艺内腔(200)的工艺条件，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值；其中，所述实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值为所述第一差值，所述实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值为所述第二差值。
2.根据权利要求1所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述工艺条件包括向所述工艺内腔(200)内馈入微波的微波源的功率和所述工艺内腔(200)内的压力；
所述控制模块用于在所述第一差值大于所述第一预设波动值，且所述第二差值大于所述第二预设波动值的情况下，在第一预设范围内调整所述功率，以及在第二预设范围内调整所述压力，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值；其中，
|所述第一预设范围的最大值或最小值-设定功率|/设定功率≤第一预设比；
|所述第二预设范围的最大值或最小值-设定压力|/设定压力≤第二预设比。
3.根据权利要求2所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述承载座(300)包括升降基台(320)和用于承载所述半导体基片的升降支撑台(310)，所述升降基台(320)可移动地设于所述工艺内腔(200)中，所述升降支撑台(310)可移动地设于所述升降基台(320)中；
所述控制模块与所述升降支撑台(310)相连，还用于在遍历所述第一预设范围和所述第二预设范围之后，所述第一差值仍大于所述第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整所述升降支撑台(310)的高度，每调整一次所述升降支撑台(310)的高度，遍历一次所述第一预设范围和所述第二预设范围，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值，其中，所述第三预设范围的最大值为所述升降支撑台(310)的设定高度加上第一预设距离，所述第三预设范围的最小值为所述升降支撑台(310)的设定高度减去所述第一预设距离。
4.根据权利要求3所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述控制模块还用于在遍历所述第三预设范围之后，所述第一差值仍大于所述第一预设波动值的情况下，抛出警报。
5.根据权利要求1所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述承载座(300)包括升降基台(320)和用于承载所述半导体基片的升降支撑台(310)，所述升降基台(320)可移动地设于所述工艺内腔(200)中，所述升降支撑台(310)可移动地设于所述升降基台(320)中，所述控制模块与所述升降基台(320)相连；
所述升降支撑台(310)中设有多个第三检测模块(400)，所述多个第三检测模块(400)间隔分布，用于分别检测所述半导体基片不同局部区域的区域温度；
所述控制模块还用于在所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值，且在第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整所述升降基台(320)的高度，直至所述第三差值小于或等于所述第三预设波动值，其中，所述第三差值为各所述区域温度的均值与任一所述区域温度之间的差值的绝对值，所述第四预设范围的最大值为所述升降基台(320)的设定高度加上第二预设距离，所述第四预设范围的最小值为所述升降基台(320)的设定高度减去所述第二预设距离。
6.根据权利要求5所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述腔室本体(100)设有多个工艺气体进口，各所述工艺气体进口对应的进气管(500)上均设有流量控制器(800)，所述控制模块与各所述流量控制器(800)相连，每个所述工艺气体进口与一个所述局部区域相对设置；
所述控制模块还用于在遍历所述第四预设范围之后，所述第三差值仍大于所述第三预设波动值的情况下，控制相应的所述局部区域对应的所述流量控制器(800)在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向所述工艺内腔(200)内馈入微波的微波源的功率，每调整一次所述进气流量和所述功率，遍历一次所述第四预设范围，直至所述第三差值小于或等于所述第三预设波动值；其中，
|所述第五预设范围的最大值或最小值-设定流量|/设定流量≤第三预设比；
|所述第六预设范围的最大值或最小值-当前功率|/当前功率≤第四预设比。
7.根据权利要求6所述的金刚石生长设备，其特征在于，所述控制模块还用于在遍历所述第五预设范围和所述第六预设范围之后，所述第三差值仍大于所述第三预设波动值的情况下，抛出报警。
8.一种金刚石生长方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的金刚石生长设备，所述方法包括：
检测半导体基片的实际温度；
检测C2谱线与Hα谱线的实际强度，计算所述C2谱线与所述Hα谱线的实际谱线强度比值；
计算第一差值，其中，所述第一差值为所述实际温度与预设的目标温度的差值的绝对值；
计算第二差值，其中，所述第二差值为所述实际谱线强度比值与预设的目标谱线强度比值的差值的绝对值；
在所述第一差值大于所述第一预设波动值，且所述第二差值大于所述第二预设波动值的情况下，调整所述工艺内腔(200)的工艺条件，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工艺条件包括向所述工艺内腔(200)内馈入微波的微波源的功率和所述工艺内腔(200)内的压力；
所述调整所述工艺内腔(200)的工艺条件，包括：
在第一预设范围内调整所述功率，以及在所述第二预设范围内调整所述压力，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值；其中，
|所述第一预设范围的最大值或最小值-设定功率|/设定功率≤第一预设比；
|所述第二预设范围的最大值或最小值-设定压力|/设定压力≤第二预设比。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述承载座(300)包括升降基台(320)和用于承载所述半导体基片的升降支撑台(310)，所述升降基台(320)可移动地设于所述工艺内腔(200)中，所述升降支撑台(310)可移动地设于所述升降基台(320)中；
所述方法还包括：
在遍历所述第一预设范围和所述第二预设范围之后，所述第一差值仍大于所述第一预设波动值的情况下，在第三预设范围内调整所述升降支撑台(310)的高度，每调整一次所述升降支撑台(310)的高度，遍历一次所述第一预设范围和所述第二预设范围，直至所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值，其中，所述第三预设范围的最大值为所述升降支撑台(310)的设定高度加上第一预设距离，所述第三预设范围的最小值为所述升降支撑台(310)的设定高度减去所述第一预设距离。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述承载座(300)包括升降基台(320)和用于承载所述半导体基片的升降支撑台(310)，所述升降基台(320)可移动地设于所述工艺内腔(200)中，所述升降支撑台(310)可移动地设于所述升降基台(320)中；
所述升降支撑台(310)中设有多个第三检测模块(400)，所述多个第三检测模块(400)间隔分布，用于分别检测所述半导体基片不同局部区域的区域温度；
所述方法还包括：
在所述第一差值小于或等于所述第一预设波动值的情况下，分别检测所述半导体基片不同所述局部区域的所述区域温度；
计算第三差值，其中，所述第三差值为各所述区域温度的均值与任一所述区域温度之间的差值的绝对值；
在所述第三差值大于第三预设波动值的情况下，在第四预设范围内调整所述升降基台(320)的高度，直至所述第三差值小于或等于所述第三预设波动值，其中，所述第四预设范围的最大值为所述升降基台(320)的设定高度加上第二预设距离，所述第四预设范围的最小值为所述升降基台(320)的设定高度减去所述第二预设距离。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述腔室本体(100)设有多个工艺气体进口，各所述工艺气体进口对应的进气管(500)上均设有流量控制器(800)，每个所述工艺气体进口与一个所述局部区域相对设置；
所述方法还包括：
在遍历所述第四预设范围之后，所述第三差值仍大于所述第三预设波动值的情况下，控制相应的所述局部区域对应的所述流量控制器(800)在第五预设范围内调整该局部区域对应的进气流量，以及在第六预设范围内调整向所述工艺内腔(200)内馈入微波的微波源的功率，每调整一次所述进气流量和所述功率，遍历一次所述第四预设范围，直至所述第三差值小于或等于所述第三预设波动值；其中，
|所述第五预设范围的最大值或最小值-设定流量|/设定流量≤第三预设比；
|所述第六预设范围的最大值或最小值-当前功率|/当前功率≤第四预设比。
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