｜透明導電膜製程設備之整合電控技術

摘要：由於LPCVD沉積的ZnO透明導電薄膜成倒金字塔狀，其形成的薄膜表面，不利後續元件製程的製作（影響界面覆蓋性與緻密度），如矽薄膜太陽電池高轉換效率的製作。因此乃於原LPCVD製程腔體旁建立（加裝/新增）一個具有離子電漿源的Loadlock腔體，除了可增加產能（Throughput）外，並可於接近大氣壓力（Atmospheric-pressure）即常壓下進行電漿表面改質（Plasma for Surface Modification）處理，希望能將LPCVD所沉積出來的ZnO薄膜，再次施以電漿作ZnO薄膜鈍化（Passivation）處理，使其表面較為圓滑平緩而利於元件的品質，故本文技術乃將兩個製程設備之整合電控技術作簡單介紹。

Abstract: LPCVD deposition of ZnO transparent conductive film into an inverted pyramid-shaped formation of the film surface, adverse follow-up production of the device process (interface coverage and density), such as high conversion efficiency of silicon thin film solar cell production. Are the next original LPCVD process chamber (install / add) an ion plasma source Loadlock chamber, in addition to increase throughput, and near atmospheric pressure plasma surface modification, ZnO thin films can be deposited by LPCVD again subjected to plasma for ZnO films passivation, its surface is smooth and flat and conducive to the quality of the components. So this article is the integration of the two process equipment electronic control technology for a brief introduction.

關鍵詞：透明導電膜、低壓化學氣相沉積、常壓化學氣相沉積、物理氣相沉積、電漿表面改質

Keywords：Transparent conductive oxide, TCO, Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD, Atmospheric Pressure Chemical , Vapor Deposition, APCVD, Physical Vapor Deposition, PVD, Plasma for Surface Modification

前言
掌握低成本、高品質的透明導電TCO玻璃基板，是影響薄膜太陽電池模組效率與成本的重要關鍵之一，在玻璃上鍍上TCO可採常壓化學氣相沉積法(APCVD)、低壓化學氣相沉積法（LPCVD）、物理氣相沉積（PVD）法等；而要製備電池結構所鍍的背電極層、上電極層（如鍍氧化鋅ZnO）也常用LPCVD、PVD、射頻濺鍍（RF Sputtering）法製備。目前在薄膜太陽電池產業最常見者為玻璃廠（e.g. Asahi, AFG, Nippon, LOF, Nuon）購買現成之二氧化錫SnO₂玻璃做為原材生產，因而造成薄膜太陽電池模組成本的增加。

目前Oerlikon與瑞士IMT-Neuchâtel合作開發以低壓化學氣相沉積製程設備（LPCVD）及技術生產表面具有粗化（Texturing）效果之氧化鋅ZnO透明導電膜，可以增加太陽光在光吸收層的光吸收率，使薄膜太陽電池效率提高，而主要專利評估表，如表1所示。乃為分別導入DEZ與B₂H₆混合製程氣體，以及汽化的H2O進入LPCVD製程腔體，在真空製程腔進行ZnO透明導電膜沉積，此時薄膜太陽電池業者只要買進白玻璃，即可取代仰賴進口成本相對高昂的二氧化錫玻璃，預估兩者透明導電TCO玻璃基板成本相差可達2倍。

因此，關於透明導電TCO玻璃基板生產而言，若製程明確使用Carrier gas時（本製備技術實際具Carrier功能），將與IMT專利Claim不同，故可避開IMT的專利。目前本製備技術ZnO透明導電膜薄膜厚約1.5~1.8 μm時，其不均勻性約8 %，而波長於400~800 nm時，其透明度80 %，表面霧度（波長550 nm）值＞10 %，片電阻值≦10Ω/sq。但由於LPCVD沉積的ZnO薄膜成倒金字塔狀，其形成的薄膜表面，不利後續元件製程的製作（影響界面覆蓋性與緻密度），如矽薄膜太陽電池高轉換效率的製作。因此期望能使得LPCVD所沉積出來的ZnO薄膜，表面較為圓滑平緩而利於元件的品質，在過去薄膜製程中，基板傳送至製程腔體前，大都會在傳輸腔和製程腔體中放置一個表面處理電漿源，在傳輸中即時進行表面清潔、乾式蝕刻、表面活化或改質等製程，而目前工研院機械所使用新型方法，有別於基板傳送至製程腔體前對基板作處理，而是在於製程腔體後，意即當基板沉積完薄膜後，利用自行設計的長線型電漿源（電極），提供一種表面處理方法，當基板於該製程腔體內完成沉積製程之後，由該製程腔體回到該傳輸腔體的過程中，使該電漿產生裝置於常壓（Atmospheric）下產生電漿以對該沉積層進行表面平坦化處理。製程結果顯示，利用線型電漿源，電源為脈衝式直流電源，控制操作頻率於30 kHz，電極與導電膜間隙3 mm，以定功率變電壓模式操作，其中以2 kv參數對於導電膜表面型態之改變最大。若以定電壓變功率模式操作，以1200 w對於導電膜表面之改變最大。另外，為了與IMT之LPCVD製備技術作區隔，以下本文之ZnO透明導電膜製備技術將以TCO-CVD來統稱。