一种利用mocvd设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法
【专利摘要】一种利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，包括以下步骤：（1）将石墨托盘放入MOCVD设备的反应室中；（2）调整反应室和反应室上盖石英制顶板的温度；（3）通入氯化氢，进行预腐蚀；（4）提升氯化氢流量，根据石墨托盘生长材料厚度来决定腐蚀的速率；（5）停止通入氯化氢，对石墨托盘进行烘烤；（6）关闭加热，反应室温度降至100℃以下时，腐蚀清洗完毕。本发明直接在MOCVD设备的基础上对石墨盘进行腐蚀，不必额外进行设备改造，通过氯化氢腐蚀对石墨托盘进行清洗，既解决了腐蚀均匀性的难题，又对腐蚀程度进行了精确把握，间接减小了对石墨托盘的影响，延长了石墨托盘的使用寿命，降低了生产成本。
【专利说明】
一种利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备对石墨托盘进行清洗以达到重复利用的方法，属于石墨盘清洗技术领域。
【背景技术】
[0002]伴随着社会的发展，能源问题越来越成为我们现在要面对的问题的重中之重，如何在不耽误现有生产力的基础上，找到更好的能源替代者，或者减少能源消耗，已经逐渐的提到了我们工作的日程上来。
[0003]于是LED(发光二极管)应运而生。LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途以及不可替代的优势:一、体积小，LED基本上都是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻;二、耗电量低，LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电能不超过0.1W，这就为我们在能源方面的工作提出了指导性的意义;三、使用寿命长，LED光源固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上；四、高亮度、低热量，LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多；五、环保，环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用;六、坚固耐用，LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的；七、高节能:节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上;八、多变幻，LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256 X 256 X 256= 16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
[0004]由于LED具有如此不可忽略与替代的优势，如何制造出高亮度、符合我们要求的产品又成为我们的工作重点。金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical VapourDeposit1n，简称MOCVD)设备是目前世界范围内进行所有半导体化合物生长的成熟技术。
[0005]MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10，000小时，取得了划时代的进展。跟随着半导体材料及器件工艺的进步，特别是MOCVD等外延工艺的日益成熟，至上世纪九十年代初，日本日亚化学公司(Nichia)与美国的克雷(Cree)公司通过MOCVD技术分别在蓝宝石与SiC衬底上生长成功了具有器件结构的GaN基LED外延片，并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光LED器件。超高亮LED的第二个特征是发光波长的扩展，InGaAlP器件的出现使发光波段向短波扩展到570nm的黄绿光区域，而GaN基器件更使发光长短扩至绿、蓝、紫波段，并逐步向宽波段的光色扩展。
[0006]外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Meta 1-Organi c Chemical VaporDepos it 1n，简称MOCVD)技术生长II1-V族，I1-VI 族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。I1、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如:Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3 等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物(如NH3，PH3，AsH3)混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。
[0007]MOCVD技术具有以下优点:首先，用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性，从生长成分控制方面减轻了工作的难度;其次，因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面;再次，外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程，而良好的监控条件为设备生长提供了有力保障，在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。
[0008]MOCVD设备为半导体制造技术领域常用设备。国际上MOCVD设备制造商主要有三家:德国的AIXTR0N公司、美国的EMCORE公司(Veeco)、英国的ThomasSwan公司(目前ThomasSwan公司被AIXTR0N公司收购)，这三家公司产品的主要区别在于反应室，而不管是哪个公司的MOCVD设备，都具有一定的内在联系性。德国MOCVD制造商AIXTR0N设备中反应室上盖上设置有用于气流分配及温场恒定的石英制顶板(Ceiling)。
[0009]MOCVD设备大致由六大系统组成:气体输运系统、源供给系统、反应室和加热系统、尾气处理系统、安全控制系统和计算机控制系统。在AsP(砷磷)系材料领域，MOCVD设备广泛用于红黄光发光二极管、激光二极管以及薄膜太阳能电池的研发制备和大规模量产中。
[0010]石墨具备耐高温、热膨胀系数小、热稳定性好、高温下强度好、导热性能好、易加工等各种优点，被广泛运用于各种加热设备的加热基座，但石墨材料耐磨损性较差，易产生石墨粉体，在真空下容易释放吸附气体，制约了石墨的使用，因此高温真空下使用时，必须对石墨基材进行镀膜处理。外延片的生长主要是通过石墨托盘承载衬底来实现，外延生长的石墨托盘一般都是经过抛光覆盖处理以后的。生长材料通过沉积在衬底上生长半导体结构，生长材料同样沉积在石墨盘上形成覆盖。但是生长材料随着在石墨托盘上的长期生长，导致石墨托盘厚度不断增加，导致石墨托盘上的衬底槽边缘材料生长过多，影响外延片均匀性及光电参数，并且在外延材料生长至一定厚度的时候，会在生长完成后取片时增大了裂片的几率。及时处理托盘表面的材料，会减少对生长参数的影响。但是处理石墨托盘的过程中，如果处理不当，不可避免的会对石墨托盘造成损坏，从而减少了石墨托盘的寿命。
[0011]中国专利文献CN102764745A公开的《清洗MOCVD设备用石墨盘的烤盘炉装置》，包括工作室、气源系统、真空系统、加热系统、冷却系统和控制系统，其中工作室包括炉壁、隔热层、加热器、引入电极；隔热层与炉壁固定连接，引入电极由炉壁外穿过炉壁与隔热层并与加热器固定连接;气源系统、真空系统、加热系统、冷却系统分别与工作室相连;控制系统与气源系统、真空系统、加热系统、冷却系统分别相连。该装置解决了石墨盘上的沉积物一直困扰LED外延片生产的难题，使石墨盘经清洗后能够多次反复使用，从而降低生产成本，也为LED芯片生产的MOCVD工艺过程提供良好的质量保证，但是该方法需要的温度较高，从而导致了需要大量的能源来驱动，并且对不同的石墨盘的生长材料厚度难以对烘烤时间进行把握，间接地造成了一定程度的浪费，并且缺少对相应尾气处理的装置。
[0012]CN2174690A公开的一种MOCVD石墨盘清洗装置，包括气路控制器、真空反应室、加热单元、压力控制器、栗和尾气处理装置;带腐蚀性的气体与载气进入所述气路控制器中，该气路控制器将其按比例混合后通入所述的真空反应室内，所述的加热单元进行加热控温，且所述的压力控制器进行压力控制，该混合气体与石墨盘表面的沉积物充分反应，反应残余物通过栗，随载气一起排出真空反应室，进入尾气处理装置进行净化处理。该装置虽然清洁石墨盘时效果好、处理时间短，但是需要另外设计装置，增加了额外的成本，并且难以控制腐蚀的均匀性与时间，长时间腐蚀会对石墨盘造成一定的影响。
[0013]综上所述，现有的清理石墨盘的方式，大部分是针对材料进行物理处理，或者是一定程度的高温处理，腐蚀时难以控制均匀性，且难以把握时间。
【发明内容】
[0014]针对现有腐蚀清理石墨盘技术存在的难以控制均匀性与把握时间的问题，本发明提供一种简单方便、成本低的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法。
[0015]本发明的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，包括以下步骤:
[0016](I)将石墨托盘放入MOCVD设备的反应室中，反应室压力调整至400mbar-800mbar;
[0017](2)将反应室温度调整至700°C?850°C，将反应室上盖的石英制顶板的温度设定为 150°C ?200°C;
[0018](3)通入流量10sccm?400sccm的氯化氢，进行预腐蚀；
[0019](4)将氯化氢流量升至400sccm-500sccm，根据石墨托盘上生长材料厚度决定腐蚀时间，通入要求时间的氯化氢，保证石墨托盘上生长材料厚度的腐蚀速率为3.5μπι/分钟?5.5μπι/分钟；
[0020](5)停止通入氯化氢，反应室温度维持700°C?850°C，将石英制顶板温度升至2000C-280 0C，对石墨托盘进行烘烤；
[0021](6)关闭加热，反应室温度下降至100°C以下时，腐蚀清洗完毕。
[0022]所述步骤(3)中预腐蚀的时间为20-40分钟。
[0023 ] 所述步骤(5)中烘烤时间为30分钟-60分钟。
[0024]所述步骤(5)中，在烘烤至一半时间时，通入砷烧，流量设定为10sccm?500sccm，以通过神烧保护提尚石墨盘腐蚀质量。
[0025]本发明是直接在MOCVD设备的基础上对石墨盘进行腐蚀，不必额外进行设备改造。通过氯化氢腐蚀对石墨托盘进行清洗，以达到重复利用的目的，既解决了腐蚀均匀性的难题，又对腐蚀程度进行了精确把握，间接减小了对石墨托盘的影响，延长了石墨托盘的使用寿命，降低了生产成本。石墨托盘处理完成后，对表面的覆盖保护材料影响较小，且对石墨托盘平整度没有影响，不会因为物理作用对石墨托盘造成损坏而影响石墨盘使用时的均匀性，而且大大增加了石墨托盘的重复利用率。本发明至少节省成本一个炉次的外延片成本，并且提高了设备利用率。
【附图说明】
[0026]图1是本发明方法的原理示意图。
[0027]图中:1、大盘，2、石墨托盘，3、反应室上盖，4、氯化氢气体。
【具体实施方式】
[0028]本发明采用德国AIXTR0N系列2600G3型MOCVD设备对石墨托盘进行清洗。在MOCVD反应室内进行石墨盘清洗的工艺条件如下:
[0029]反应室压力:50-800mbar，
[0030]腐蚀温度:400-850Γ，
[0031]背景H2 流量:25000 — 32000sccm，
[0032]氯化氢(HCL)是99.9995%的高纯HCL，载气是经纯化器纯化的99.9999999%的超尚纯氣气；
[0033]砷烷是99.9995%的高纯砷烷。
[0034]基于上述工艺条件，以下给出两个实施例详细说明本发明的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法。
[0035]实施例1
[0036](I)如图1所示，将生长完成的石墨托盘2放入MOCVD设备的反应室中，石墨托盘2承载在大盘I上。将设备状态检查无误后，切换为氢气状态，将反应室充满氢气，反应室压力下降至400mbar ?800mbar ；
[0037](2)在降压过程中开始对反应室加热，逐步将反应室升温至700°C?850°C ；
[0038](3)在升温过程中，将反应室上盖3上的石英制顶板(Ceiling)温度控制在150°C?200 °C；
[0039](4)首先通入流量10sccm?400sccm的氯化氢4，并保持该流量20?40分钟进行预腐蚀，目的是让氯化氢与托盘表面材料充分接触，为接下来的大流量腐蚀做好准备；
[0040](5)将氯化氢流量由10()800]1?4008001]1升至400800]1?500800111;根据石墨托盘生长材料厚度决定腐蚀时间，通入要求时间的氯化氢，保证石墨托盘上生长材料厚度的腐蚀速率为3.5?5.5μπι/分钟。
[0041](6)停止通入氯化氢腐蚀，反应室温度维持700°C?850°C，将石英制顶板温度升至200 °C?280°C，反应室压力降至50?10mbar，保持高温30分钟?60分钟对石墨托盘进行烘烤。
[0042 ] (7)关闭加热，将反应室降温，温度下降至100 °C以下时，腐蚀完毕；
[0043](8)腐蚀完成后，将石墨托盘用无尘布或无尘纸擦拭干净，准备再次利用。
[0044]实施例2
[0045]本实施例的步骤(I)?步骤(6)与实施例1中的步骤(I)?步骤(6)是一样的。本实施例的步骤(7)?步骤(9)是:
[0046](7)在烘烤至一半时间时，通入砷烧，流量设定为10sccm?500sccm，目的是通过神烧保护提尚石墨盘腐蚀质量。
[0047](8)关闭加热，停止通入砷烷;将反应室降温，温度下降至100 °C以下时，腐蚀完毕。
[0048] (9)腐蚀完成后，将石墨托盘用无尘布或无尘纸擦拭干净，准备再次利用。
【主权项】
1.一种利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，其特征是，包括以下步骤:(1)将石墨托盘放入MOCVD设备的反应室中，反应室压力调整至400mbar-800mbar； (2)将反应室温度调整至700°C?850°C，将反应室上盖的石英制顶板的温度设定为150°C-200 °C； (3)通入流量10sccm?400sccm的氯化氢，进行预腐蚀； (4)将氯化氢流量升至400sccm-500sccm，根据石墨托盘生长材料厚度决定腐蚀时间，通入要求时间的氯化氢，保证石墨托盘上生长材料的腐蚀速率在3.5?5.5μπι/分钟； (5)停止通入氯化氢，反应室温度维持700°C?850°C，将石英制顶板温度升至200°C-.280 °C，对石墨托盘进行烘烤； (6)关闭加热，反应室温度下降至100°C以下时，腐蚀清洗完毕。2.根据权利要求1所述的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，其特征是，所述步骤(3)中预腐蚀的时间为20-40分钟。3.根据权利要求1所述的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，其特征是，所述步骤(5)中烘烤时间为30分钟-60分钟。4.根据权利要求1所述的利用MOCVD设备对石墨托盘进行腐蚀清洗的方法，其特征是，所述步骤(5)中，在烘烤至一半时间时，通入砷烧，流量设定为10sccm?500sccmo
【文档编号】B08B7/00GK105834171SQ201610362921
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】张雨, 于军, 吴德华, 张新, 徐现刚
【申请人】山东华光光电子股份有限公司