｜低壓化學氣相沉積應用技術

摘要：本文主要是介紹低壓化學氣相沉積設備與高鍍率製程技術，乃藉由氣體擴散裝置（showerhead）及前驅物氣化裝置，經製程參數的設定調整，如調控壓力、基板溫度、基板與噴灑曝氣板（showerhead）距離設定、前驅物DEZn /H₂O /B₂H₆、鍍膜時間…等，驗證使BZO透明導電膜鍍率達120 nm/min以上時，薄膜其霧度約20 %（波長550 nm），片電阻值＜10歐姆/sq，透明度80 %以上（波長400－800 nm），膜厚不均勻性小於10 %。

Abstract: This report introduces a direct vaporization method with heating control module to enhance the deposition rate up to 120nm/min for the BZO processing technology. We can control major deposition factors including the pressures, substrate temperature, the substrate and showerhead distance, precursors DEZn /H₂O /B₂H₆ and coating time by the way of process parameters setting and coated plan. The experimental results of high deposition-rate 120 nm/min for transparent conductive BZO layer with film thickness 1.5 μm are haze (wavelength 550 nm) 20 %, sheet resistance <10 Ohm/sq, transparency more than 80 %(wavelength400- 800 nm) and the non-uniformity of film thickness <10%.

關鍵詞：低壓化學氣相沉積、霧化裝置、噴灑曝氣板、透明導電薄膜

Keywords：Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD, Vaporizer apparatus, Showerhead, Transparent conductive oxide thin film, TCO

前言
隨著人類文明發展而對能源的仰賴性愈高，在大量使用地球有限天然的資源後，能源短缺的問題逐漸浮現，如石油、天燃氣等價格亦隨之飆漲，進而衍生空氣污染、地球暖化、廢棄物處理存放等相關環保的問題。為了解決能源大量被使用而產生日益嚴重的困境，各國政府莫不竭盡所能擬定各種解決方案，其中「再生能源」推廣利用與節能方案的實施乃是最重要之執行對策。太陽能產業長期預測趨勢是成長的，短期需努力將售價設法低於市電價格水準（grid parity），因現受景氣不佳的大環境影響，產業正進行整併重整與轉型。由於受到矽晶太陽電池成本大幅下降的擠壓，矽薄膜太陽電池短期將以降低透明導電玻璃成本為對策。結合業界開發低壓化學氣相沈積法（LPCVD），應用於矽薄膜太陽電池透明導電玻璃的沈積，具低成本優勢，可降低對國外進口透明導電玻璃基材之依賴與生產成本，使機台的維護快速方便，進而能著手進行先進產品製程的開發。透明導電氧化物（TCO）是矽薄膜太陽能電池發展的最重要基礎材，目前台灣太陽能廠所使用之TCO玻璃材料幾乎以進口為主。開發具透光、導電特性之「非銦」材料，成為近年來眾多廠商與學研界所欲突破的目標。

氧化鋅[1]薄膜除具有掺錫氧化銦（Indium Tin Oxide，ITO） [2]薄膜的基本光電特性，對可見光透光率與導電率（3 ~ 10 Ω）皆高，且製造成本低於ITO，其無毒、在含氫之電漿環境下化學穩定性也比ITO薄膜優異[3]。常見的氧化鋅薄膜製程主要有濺鍍（Sputtering）、化學氣相沉積以及溶膠凝膠法（sol-gel process）等方法[4]。其中CVD製程方法可藉由調整氣體比例以及其他製程條件的控制，免去後續蝕刻（post-etching）製程，沉積之ZnO薄膜表面具粗糙化（texture）的結構 [5]。低壓化學氣相沉積由於其製程溫度較低（約170°C），更適合用於玻璃基板製程，在玻璃基板上形成具有結構性之ZnO:B、ZnO:Al或ZnO:Ga導電薄膜，就ZnO:B而言，製程使用的前驅物原料主要為二乙基鋅（DEZn；Diethyl zinc）、B₂H₆氣體和水，於1-2 torr左右真空度進行化學氣相沉積反應，反應後生成BZO膜層和乙烷等氣體。但二乙基鋅和水兩種反應物一旦混合即刻便發生反應。應用時，為避免在玻璃基板以外的地方產生沉積，因此在擴散裝置（showerhead）須分別將DEZn以及H2O透過各自的氣體通道，分別送進製程反應腔體內後，使其在玻璃基板表面均勻混合，再發生反應而沉積BZO膜於玻璃基板上。由於LPCVD腔體於製程進行的過程中均需要通入多種製程氣體，其所通入之氣體於腔體中的分佈情形，直接反映在薄膜沉積的均勻與否，對於製程結果影響甚巨。

LPCVD製程中以過渡流或分子流狀態所得到之膜層均勻性最佳，故製程壓力約為0.5~5 Torr左右。高濃度之先驅物體反應溫度將較低濃度者略高（高約25℃以上），以利反應先驅物體之有效分解。高濃度之先驅物體對於供氣結構的設計要求