LPCVD和PECVD制備摻雜多晶硅層中的問題及解決方案

高質(zhì)量的p型隧道氧化物鈍化觸點(p型TOPCon)是進一步提高TOPCon硅太陽能電池效率的可行技術(shù)方案?；瘜W氣相沉積技術(shù)路線可以制備摻雜多晶硅層，成為制備TOPCon結(jié)構(gòu)最有前途的工業(yè)路線之一。美能Poly5000是專為光伏工藝監(jiān)控設(shè)計的在線POLY膜厚測試儀，采用領(lǐng)先的微納米薄膜光學測量技術(shù)，100%Poly-si沉積工藝監(jiān)控，可對樣品進行快速、自動的5點同步掃描。使用Poly5000能夠優(yōu)化多晶硅層膜厚特性，保證電池良率。

TOPCon電池工藝

TOPCon電池工藝一般為：先正面制絨、硼擴，再進行背面隧穿層、摻雜多晶硅層（Poly-Si）制備，之后再正面Al2O3膜層制備、正反面SiNx膜制備，最后絲印前后電極與燒結(jié)。

TOPCon結(jié)構(gòu)依次為正面SiNx膜、Al2O3膜、P型發(fā)射極（p+）、N型硅片基底、SiO2膜、N型多晶硅薄膜（Poly-Si）、背面SiNx膜。

各膜層的作用

• 正面SiNx薄膜（約75nm）：由于SiNX 富含氫原子，可以在熱處理過程中對表面和體內(nèi)的缺陷進行化學鈍化，從而降低表面電子的復合。同時由于SiNX 的光學特性，還可以實現(xiàn)電池正面和背面減反效果；

• 背面SiNx薄膜：為了避免后續(xù)金屬化燒結(jié)過程漿料對膜層的破壞，SiNX 依靠其化學穩(wěn)定性，主要用于背部膜層的保護；同時實現(xiàn)減反效果；

• Al2O3膜（≤5nm）由于具備較高的負電荷密度，可以對P 型半導體如PERC 電池背面和TOPCon 電池的正面提供良好的場效應鈍化，即在近表面處增加一層具有高度穩(wěn)定電荷的介質(zhì)膜在表面附近造一個梯度電場，減少表面電子濃度從而降低表面電子空穴的復合速率。

• 超薄隧穿層SiO2（<2.0 nm）及N型多晶硅薄膜（100~200nm）：兩者共同形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)作為電池背面鈍化層，高摻雜的多晶硅（Poly-Si）層與 N型硅基體之間功函數(shù)差異引起的界面處能帶彎曲，使電子隧穿后有足夠的能級可以占據(jù)，更易于隧穿；而空穴占據(jù)的價帶邊緣處于 Poly-Si 的禁帶，不易隧穿，因此超薄氧化層可允許多子電子隧穿而阻擋少子空穴透過，從而使電子和空穴分離，減少了復合，在其上沉積一層金屬作為電極就實現(xiàn)了無需開孔的鈍化接觸結(jié)構(gòu)。

制備多晶硅層的工藝方法

對于摻雜多晶硅層，一般有三種制備方法。其中有兩種屬于化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD) 方法：分別是LPCVD法和PECVD法。還有一種濺射法是屬于物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)方法。

其中，LPCVD能同時完成氧化層、本征多晶硅層的制備，工業(yè)應用技術(shù)非常成熟。制備過程中僅需要在兩者反應中間，加入N2清洗、撿漏、抽真空等操作，即可在同一工步完成氧化層/本征多晶硅膜的制備。

但在LPCVD沉積時，會有兩種問題。

第一，在制備過程中，出現(xiàn)在電池的側(cè)面及正面都會必不可避免的附著隧穿層及多晶硅層，形成包裹。

第二，解決這個問題的辦法是“去繞鍍”，工藝流程如下：

• HF酸單面清洗，去除繞鍍區(qū)域內(nèi)的磷硅玻璃PSG（即正面、側(cè)面）;

• KOH堿液雙面清洗，去除繞鍍區(qū)域內(nèi)的摻雜多晶硅（即正面、側(cè)面）。背面PSG層起到保護隧穿氧化層及摻雜多晶硅層作用；

HF酸雙面清洗，去除繞鍍區(qū)域內(nèi)的SiO2（即正面、側(cè)面）、背面PSG；

第二，LPCVD本征摻雜多晶硅工藝，多晶硅膜均勻性差。LPCVD制備的摻雜多晶硅層均勻性在±40%，遠不及制備本征非晶硅層的均勻性。LPCVD 制備摻雜多晶硅層時，沉積過程不受晶片表面上化學反應動力學的限制，而是受反應物向表面?zhèn)鬏數(shù)南拗茣r，導致膜層均勻性大大下降。解決此問題的方法，一般采用先沉積本征多晶硅層，再通過磷擴散或者離子注入的方式，進行多晶硅層的磷摻雜。磷擴散的方法是以POCl3為氣源，在700-850℃溫度下實現(xiàn)分解、形成PSG，再在850-900℃、N2環(huán)境下中，保持30分鐘，完成磷原子擴散。多晶硅層在高溫擴散爐中，能同步實現(xiàn)多晶硅的晶化處理，形成原子的規(guī)則排列，不需要后續(xù)退火工步。

PECVD鍍膜，也會產(chǎn)生輕微繞鍍問題，但有兩種方式解決。

第一種是清洗繞鍍：根據(jù)PECVD沉積膜原理，硅片置于基片臺上，側(cè)邊也暴露在反應氣體內(nèi)，因此PECVD法制備多晶硅薄膜也會出現(xiàn)輕微繞鍍現(xiàn)象，但僅在側(cè)邊及硅片正面邊緣處。解決方法是用KOH堿液去除側(cè)邊及正面繞鍍的輕微摻雜多晶硅。因為KOH堿液對摻雜多晶硅層的刻蝕速度約604nm/min，遠大于對BSG硼硅玻璃的刻蝕速度，后者約11.4nm/min。因此，采用KOH堿液單面清洗去除摻雜多晶硅層時，KOH堿液對BSG的刻蝕可以忽略，BSG硼硅玻璃可對p+發(fā)射極起保護作用。剩余的BSG硼硅玻璃及繞鍍的SiO2層，可用HF酸雙面清洗去除。

第二種是減少多晶硅厚度。將沉積的多晶硅厚度從90 nm減少到30 nm，可以減小纏繞的影響。

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