常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)是CVD技術(shù)中最古老、應(yīng)用最廣泛的方法之一。
由于沒有真空系統(tǒng)的簡單性，以及高達(dá)500nm/min的相對較高的沉積速率，它被認(rèn)為是與等離子體增強(qiáng)CVD (PECVD)和低壓CVD相比最經(jīng)濟(jì)的沉積技術(shù)之一。
在實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境壓力下的CVD技術(shù)可以用于在25℃~500℃的工作溫度下合成大量的固體薄膜材料，如金屬和有機(jī)或無機(jī)基成分。
在硅太陽能電池制造中，這種薄膜可以用作增透涂層(TiOx)和表面鈍化層(AlOx)。采用APCVD技術(shù)制備了其他薄膜材料，如摻錫氧化銦(ITO)、摻錫和氟氧化銦和氧化鋅。
常壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(APCVD)
建立了APCVD系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。由于它的操作是在室溫下，APCVD系統(tǒng)完全由塑料組件，如聚碳酸酯（PC）。其他部件是通過3D打印技術(shù)，也可以采用熔融沉積建模，利用聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）的熱塑性物質(zhì)制造的。
3D打印的使用使APCVD系統(tǒng)的靈活設(shè)計(jì)成為可能。因此，試樣支架采用平面聚碳酸酯板制作，使其上部與基材之間的縫隙基本消除。反應(yīng)氣體無法進(jìn)入基片與板之間的間隙，從而避免了SiOx在基片底面的沉積。
目前的APCVD工具每次只能處理一個6英寸寬的基片，但該技術(shù)非常適合用于高通量的內(nèi)聯(lián)工具。
采用三組樣品對APCVD SiOx中的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行了研究電影及其耐久性。由于這些薄膜的預(yù)期應(yīng)用不在表面鈍化，因此沒有研究界面上的電氣缺陷。
在一組實(shí)驗(yàn)中，研究了薄膜厚度對其微觀結(jié)構(gòu)和與硅片表面幾乎原子平面化的界面的影響。RCA清理完后，將80nm~800nm厚的APCVD SiOx薄膜沉積在面積為2cm×2cm的閃亮的浮子區(qū)(FZ)硅晶片上。
在另一組樣品中，用APCVDSiOx涂層不同的表面結(jié)構(gòu)以檢查薄膜與各種應(yīng)用程序的兼容性。研究了3組2cm×2cm的大樣本：
3組樣品分別用大約115nm~130nm厚的APCVD SiOx進(jìn)行涂層電影。由于APCVD腔室適用于6英寸大的襯底，因此每組中的一塊硅片被放置在APCVD工具中，并在一次運(yùn)行中同時對3個硅片進(jìn)行涂層。
在第三組樣品中，研究了退火對蝕刻劑穩(wěn)定性的影響。2cm×2cm大的閃亮蝕刻和RCA清洗的FZ硅晶片被涂上約90nm厚的APCVD SiOx薄膜。
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第1組作為參照，不做退火處理，
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第2組在150℃退火1min，
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退火是在室溫下在熱板上進(jìn)行的。將APCVD SiOx薄膜在1.5％KOH和1％HF(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溶液中的腐蝕速率與未退火樣品進(jìn)行比較，以找到耐受腐蝕溶液的最低適當(dāng)溫度。
在SiOx涂層的光滑Ge晶片上進(jìn)行的EDX分析顯示了3種主要元素：Si、O和Ge以及少量的C (可能是由于處理造成的污染)，如圖1所示。O-to-Si原子比例計(jì)算的光譜和沉積樣品1.82和1.3的樣品退火在300℃的測量誤差1min。O和Si原子濃度增加，從而導(dǎo)致高誤差O-to-Si原子比率約為±20％。
圖1 EDX光譜顯示SiOx元素分析
退火測試后，所有沉積的薄膜保持光滑和致密，未觀察到裂縫或剝落。然而，在150℃退火1min后的樣品顯示出與參考樣品(未退火)相同的腐蝕速率。
退火樣品的腐蝕率為300℃/min，相比于退火溫度≤150℃，從0.8nm/s減少到0.3nm/s，沉浸在1.5％KOH(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溶液中從4nm/s降到1nm/s，如圖2中所示。
圖２ 測量的腐蝕速率與退火溫度的函數(shù)關(guān)系
在APCVD SiOx涂層和單面織構(gòu)晶圓的背面和正面以及雙面織構(gòu)參考上測量了半球反射率。采用傳遞矩陣法進(jìn)行了數(shù)值模擬，其厚度為84nm C-Si上的SiOx薄膜和熱，SiOx的折射率和消光系數(shù)均已設(shè)定。
從圖3中可以看出，在APCVD SiOx涂層樣品上的測量結(jié)果與參考晶片上的測量結(jié)果以及SiOx涂層背面的模擬曲線都吻合得很好。因此，在300nm~1000nm波長范圍內(nèi)，單面紋理晶圓的性能與傳統(tǒng)的雙面紋理晶圓相似。
這一過程的最后一個重要步驟是去除沉積的氧化膜，以便能夠進(jìn)一步處理背面。這是用HF蝕刻完成的。由于APCVD的腐蝕速率是SiOx在300℃1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，HF溶液中退火的薄膜為1nm/s，在大約1.5min內(nèi)，上述樣品上84nm厚的APCVD SiOx被完全蝕刻。
APCVD SiOx作為保護(hù)膜，防止寄生鍍在PERC太陽能電池上
APCVD SiOx可以均勻地沉積在156mm×156mm的大型太陽能電池上，測量的厚度均勻性為±5％。為了顯示APCVDSiOx作為抗寄生電鍍的掩膜效果，在沉積了SiOx局部上在激光開孔前涂覆PERC太陽能電池上，在正面接觸柵極上鍍HF。
結(jié)果表明，在APCVD SiOx中PERC細(xì)胞正面的涂層區(qū)沒有發(fā)生寄生鍍層，沒有觀察到鍍金的劃痕或痕跡，金字塔完全沒有金屬顆粒。APCVD SiOx保護(hù)膜并沒有完全蝕刻在HF中，而HF是為了去除激光處理在柵極開孔中產(chǎn)生的薄SiO2而應(yīng)用的。
在室溫下制備了致密的APCVD-SiOx薄膜，沒有孔隙和結(jié)構(gòu)缺陷。當(dāng)需要抗腐蝕劑的穩(wěn)定性時，退火溫度高達(dá)300℃是必要的。
在本研究中，APCVD SiOx薄膜被用作防止堿性變形的保護(hù)涂層，允許C-Si晶圓的單側(cè)變形。在另一個應(yīng)用中，它們在酸性電解質(zhì)中充當(dāng)電鍍掩膜。APCVD SiOx屏蔽膜覆蓋了SiNx結(jié)構(gòu)缺陷和防止寄生沉積在正面的硅薄膜太陽能電池。
來源：無氫硅烷常壓化學(xué)氣相沉積SiOx薄膜在晶體硅太陽能電池制造中的應(yīng)用
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