CN103237918B

CN103237918B - 用于离子注入的方法和装置

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Publication number: CN103237918B
Application number: CN201180057726.3A
Authority: CN
Inventors: U·施艾特; J·迈
Original assignee: Roth and Rau AG
Current assignee: Meyer Berg (germany) AG
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: TWI500797B; TW201241219A; CN103237918A; US20130243966A1; WO2012073142A3; US20160181070A1; DE102010060910A1; WO2012073142A2

Abstract

本发明涉及对至少一个基片进行离子注入的离子注入装置和方法，其中，通过放电空间内的等离子体源在所述离子注入装置中产生具有至少10¹⁰cm^-3、例如10¹⁰cm^-3～10¹²cm^-3的离子密度的等离子体，其中所述放电空间在待进行注入的所述基片的方向上受到具有彼此间隔开的贯通孔的等离子体限制壁的限制，所述等离子体限制壁处于等离子体电势或最大值为±100V的电势，并且，在所述离子注入装置内，所述放电空间内的压力高于所述基片所处的空间内的压力；其中所述基片承载在基片支架上，其基片表面与所述等离子体限制壁对置；并且其中，所述基片和/或所述基片支架用作基片电极，所述基片电极置于相对于所述等离子体为高负电势，以使得离子从所述等离子体中在所述基片的方向上被加速并注入到所述基片中。本发明的一个目的是提供用于离子注入的方法和装置，所述方法和装置使得能够以最大可能的效率对大量基片进行区域性和选择性的离子注入。该目的通过以上提及的一般类型的方法和离子注入装置实现，其中，所述至少一个基片和/或所述基片支架在基片传输装置上移动，所述基片传输装置与所述等离子体限制壁对置地沿朝向所述放电空间的基片传输方向且顺着所述放电空间连续或不连续地行进，并穿过所述放电空间，其中，在所述离子注入过程中，所述放电空间的气体供应及气体排出与所述至少一个基片所处的空间是分开的。

Description

用于离子注入的方法和装置

本发明涉及对至少一个基片进行离子注入的离子注入装置和方法，其中，通过放电空间内的等离子体源在所述离子注入装置中产生具有至少10¹⁰cm^-3、例如10¹⁰cm^-3～10¹²cm^-3的离子密度的等离子体，其中所述放电空间在待进行注入的所述基片的方向上受到具有彼此间隔开的贯通孔的等离子体限制壁的限制，所述等离子体限制壁处于等离子体电势或最大值为±100V的电势，并且，在所述离子注入装置内，所述放电空间内的压力高于所述基片所处的空间内的压力；其中所述基片承载在基片支架上，其基片表面与所述等离子体限制壁对置；并且其中，所述基片和/或所述基片支架用作基片电极，所述基片电极置于相对于所述等离子体为高负电势，以使得离子从所述等离子体中在所述基片的方向上被加速并注入到所述基片中。

文献US7,776,727B2披露了一种离子浸没式注入方法，其中在放电空间内使用ICP(电感耦合等离子体)放电产生等离子体。待进行注入的基片处于该等离子体中。此外，通过喷淋头构造对该等离子体提供工艺气体，所述工艺气体在等离子体中被电离。所述基片承载在基片支架上，向其施加高频AC电压。此外，借助DC电压源而将卡盘DC电压施加给该基片支架，借助卡盘DC电压，等离子体中的离子化的掺杂剂在待进行注入的基片的表面方向上被加速并且被注入到所述基片中。在离子注入过程中，进行注入的基片的整个表面与所述等离子体直接接触。这种注入在整个区域上进行而进入到该基片表面中。所述基片支架可以在离子注入的过程中进行冷却。

上述的等离子体浸没式注入设备除了用于掺杂目的之外，此类设备还可以用于对基片性质(例如硬度或断裂强度)进行靶向的影响。如上所述，此类设备在没有物质分离的条件下运行。所述基片或工件与等离子体直接大面积接触。

如果希望借助于等离子体浸没式注入装备对基片进行选择性注入，在已知的注入技术中，在基片上或在基片与等离子体之间使用对待掺杂区域进行限制的掩模。在这种情况下，所使用的掩模受到高能离子的轰击。伴随着较高的热负荷和溅射，在这种情况下对于离子的加速需要相应更高的功率。因此，在等离子体浸没式离子注入的情况中，经常将脉冲式供电单元用于加速电压。

文献US2006/0019039A1披露了所述一般类型的装置和方法，其中使用了等离子体浸没式离子注入。在这种情况下，利用了所有侧均被封闭的注入室，在其中设置有等离子体室和处理室形式的分室，并在它们之间设置有至少一个网格，借此由等离子体引出离子，并在该处理室内设置的一个基片的方向上加速离子。在这种情况下，至少一个网格和基片两者均可置于相对于该等离子体为负电势。所述等离子室和所述处理室以气体工艺彼此连接，并通过在处理室中设置的一个真空泵来排空。在注入过程中，待进行注入的基片位于所有侧均被封闭的注入室之内。如果基片大于等离子体室的尺度，则承载在处理室中整合的卡盘上的基片可以借助于所述等离子体下方的致动器臂在该处理室内来回移动。已知的注入装置的操作与基片的处理有关，其中通过晶片传送机器人，在各情况下仅有一个基片被引入到注入室内，并随后在注入室所有侧面封闭之后在注入室中接受注入，并且在该注入室打开之后随之必须将所述基片从注入室再次取出。因此，已知的装备并不适合于在有效时间内对多个基片进行注入。

因此，本发明的目的在于提供用于离子注入的方法和装置，所述方法和装置使得能够以最大可能的效率对多个基片进行区域性以及选择性的离子注入。

本发明的目的首先通过上述一般类型的方法实现，其中，至少一个基片和/或基片支架在基片传输装置上移动，所述基片传输装置与所述等离子体限制壁对置地沿朝向所述放电空间的基片传输方向且顺着所述放电空间连续或不连续地行进，并穿过所述放电空间，其中，在所述离子注入过程中，所述放电空间的气体供应及气体排出与所述至少一个基片所处的空间是分开的。

本发明提供了一种用于对基片进行离子注入的新颖的改进方法。在该方法中，至少一个待进行注入的基片不与等离子体直接接触，而且它也并不位于与该等离子体相同的对外部封闭的真空反应器腔室内。相反，该至少一个基片布置在等离子体之外，其中一个或多个基片可以借助于基片传输装置沿基片传输方向(由基片传输方向的直线路线所限定)自由地移动穿过所述等离子体。在这种情况下，不同于装卸装置的原理，基片并非来回传送，而是沿着一个基本的基片传输方向传送，也就是说，基本上沿直线朝向放电空间顺着该放电空间并最终离开该放电空间，其中，其他基片可以随后直接在该路径上传送。

因此，本发明的装置使得能够对大量基片进行注入，所述基片可以在较短时间内移动穿过等离子体。在这种情况下，所述基片可以在注入之前直接经过预处理和/或在注入之后直接经过后处理，而无需复杂的基片操作，因为在这种情况下所述基片可以保持在同一个基片传输装置上并且可以进一步由该基片传输装置运输。在离子注入的过程中，所述基片保持在同一个基片传输装置上。在这种情况下，运输平面与等离子体限制壁的平面平行。仅需要在注入装置与在上游及下游布置的处理模块之间设置适当的界面，所述基片可以由基片传输装置运输穿过这些界面。作为一个实例，可以使用带式传输装置或辊式传输装置作为所述基片传输装置。在这种情况下，基片可直接承载或保持在该基片传输装置上或在由该基片传输装置传输的一个或多个基片载体上。

因此，本发明的方法使得能够借助于该基片传输装置使基片载体上不同位置处设置的多个基片移动穿过放电空间，并在此处同时或相继地进行处理，这取决于基片在基片载体上的位置。

在本发明的方法中，根据一个实施方式的变体，在离子注入的过程中，等离子体源还可以相对于所述至少一个基片移动。伴随着上述的至少一个基片移动穿过放电空间，可以还利用基片和等离子体源的相对移动来产生区域性注入或产生特定的注入图案。

在基片传输装置的基片传输方向上在放电空间的上游和/或下游设置的多个锁定器尤其适合作为该离子注入装置与所述基片的预处理和后处理室之间的界面。借助于位于处理室之间的锁定器，基片传输装置上的基片传输到注入装置中，并在离子注入完成之后传输出基片传输装置，而在处理室之间没有发生不利的气体交换。

根据本发明，等离子体受到与所述等离子体接触的离子体限制壁的限制。该等离子体限制壁同时形成了对于放电气体的流阻。由于所述至少一个基片和/或基片支架置于相对于该等离子体为高负电势，因此离子从等离子体中在基片的方向上加速穿过等离子体限制壁内设置的贯通孔上并注入该基片中。在该注入过程中，由该离子体限制壁内的贯通孔所形成的图案映射为基片内注入区域的图案。通过选择等离子体限制壁内的结构或贯通孔的厚度和形式，可以使等离子体的密度适应各种要求。

所需掺杂元素(例如磷、砷、锑、铝或硼)的离子存在于等离子体中。这些离子仅穿透等离子体限制壁中设置贯通孔的区域，使得贯通孔的几何形状映射于基片中。该等离子体限制壁处于等离子体电势或处于与该等离子体电势仅仅稍微不同的电势。在本发明的方法的情况下，不必如现有技术中惯用的那样在该基片上或在基片与等离子体之间的区域中使用对掺杂区域进行限制的掩模。结果，在本发明的离子注入方法的情况下，消除了使用掩模引起的热负荷或溅射。于是避免了掩模材料对基片的污染。此外，省却了否则需要的在注入之前用于在基片上生成掩模的其他部分步骤。

此外，本发明的方法需要较低电功率的电压供应来加速离子。与现有技术相比，可减小加速电压。尽管本发明的用于离子注入的方法旨在用于特别是对基片进行掺杂，但是该方法还可以用于例如对基片进行蚀刻，在这种情况下本专利申请中所包括的对于离子注入描述的所有变体也可以在对基片进行蚀刻时使用。

优选的是，在本发明的方法的情况下，ECR等离子体源、ICP等离子体源或Finkelstein类型的离子源用作等离子体源。举例来说，ECR等离子体还可以有利地在小于10^-4毫巴至约10^-2毫巴的工作气体压力范围内工作。这些等离子体源特别是有以下区别：在低压下，它们使得能够进行高度离子化，特别是在本发明的方法中，这种高度离子化适合于区域性结构的注入。提出的等离子体源具有特别高的等离子体密度。因此，可以例如由ICP等离子体源引出约1mA/cm²～约10mA/cm²的离子流。这种等离子体源可用于在数秒内产生例如在太阳能晶片的情况下所必需的离子注入剂量。

在本发明的方法的情况下，还可以通过使用供应高比例的多电荷离子的等离子体源来建立适当的掺杂分布。对于相同的加速电压，多电荷离子具有与离子化程度对应的更高的能量并且更深地渗透到基片中。

为了能够在注入过程中产生线性的注入区域或者能够线性地扫描该基片，有利的是使用可线性伸缩的等离子体源作为等离子体源。因此，举例来说，本发明的方法的一个可能的应用在于，在太阳能电池的生产过程中，产生用于太阳能电池的后侧接触连接的n线和/或p线。

此外，如果使用以线或图案的形式彼此并排布置的多个单独的等离子体源作为等离子体源，这是有利的。由此可以实现多个单独的放电空间，这些放电空间相互分开但彼此并排布置，这可用来产生不同的注入图案。

已经证明，有利的是对该基片电极施加具有-5kV～-100kV水平的负电势。在这个加速电压范围内，带正电的离子可以从等离子体中在该基片的方向上很好地被加速，并且获得了离子进入到该基片中的有利的渗透深度。

在本发明的一个优选的示例性实施方式中，将负电势以负电压脉冲的形式施加给基片电极。结果，离子能够以脉冲的方式从等离子体中在基片的方向上移动。由此能够实现不会过多地加热基片，并且因此可以更好地实现基片的冷却。

然而，还可以以脉冲的方式产生等离子体本身。通过此手段，也可以实现基片的更低的热负荷。此外，通过以高脉冲功率产生脉冲等离子体可以有利地生成多电荷离子，将这些离子加速至该基片需要较低的加速电压。

在一种用于本发明的构成的特别有利的可能性中，基片电极以及等离子体的脉动以同步的方式相对于彼此同相或有相位偏移地进行。在这种情况下，可能的是一方面基片电极处的加速电压脉冲与另一方面等离子体的脉冲激活以彼此配合的方式进行、以相对于彼此暂时偏移的方式产生脉冲和/或使脉冲产生以彼此重叠的方式进行。基片电极与等离子体的同步脉冲产生具有以下优点：与常规的非脉冲运行相比，于是可以短暂地施加较高的电压脉冲，使用这种脉冲可以短暂地获得较高的功率密度，其结果是可以产生具有更高电荷状态的离子，并且因此可以在等离子体内设定更高的离子密度。因此，该过程使得可以例如短暂地实现等离子体中显著地大于10¹²cm^-3，例如高达10¹⁵cm^-3的离子密度。结果，即使使用总体上较低的功率，也可以在进行注入的基片中获得较高的渗透深度。

优选的是，将等离子体限制壁与基片电极之间的距离设定为1mm～20mm，这取决于该基片电极处的负电势的水平。因此，根据等离子体密度，在给定20kV的加速电压的情况下，基片与等离子体限制壁之间的距离为约3mm～6mm。在更高的加速电压的情况下，距离随着电压线性地增加。

有利的是使用至少一种含掺杂剂的气体或含掺杂剂的蒸气来运行该等离子体源。这包括磷化氢(PH₃)、二硼烷(B₂H₆)、砷化氢(AsH₃)、锑化氢(SbH₃)、氯化磷(PCl₃)、溴化硼(BBr₃)、氯化砷(AsCl₃)、包含掺杂剂的有机金属化合物和/或以蒸气存在的掺杂剂。

在本发明的一个有利的示例性的实施方式中，在等离子体限制壁与基片电极之间设置具有与等离子体限制壁相同布置的贯通孔的中间电极，其中该中间电极置于最大值为500V水平的正电势。如果在基片的上游直接设置与等离子体接触的具有与等离子体限制壁相当的布置的贯通孔的中间电极，并且如果所述壁相对于基片为负偏压，则可以防止次级电子在等离子体源的方向上的不利的加速。该中间电极发挥势垒的作用，并由此作为电子减速网格。此外，在该实施方式中，可以使用中间电极以使得能够从放电空间引出离子或阻断从放电空间引出离子，同时该等离子体被保持在放电空间内。这具有以下优点，即，可以避免与该等离子体的打开及关闭相关的耗时的等离子体瞬间恢复过程，而从等离子体引出离子仍然能够以适当受控的方式来进行，以便例如与至少一个基片顺着放电空间的移动相结合，从而能够在至少一个基片上产生特定的注入图案。

根据本发明的方法的一个实施方式的变体，正电势以脉冲的方式施加给中间电极。结果，根据所进行的脉冲发生，该中间电极可用于阻断和打开电子或离子通道。在这种情况下，如果中间电极的脉冲相对于基片电极的脉冲和/或等离子体的脉冲以同步的方式彼此同相或有相位偏移地进行，则这是特别有利的。

如果在用作等离子体源的可线性伸缩的等离子体源的下方或在用作等离子体源的单独的等离子体源的下方设置具有用于产生不同的注入图案的局部不同图案的贯通孔的中间电极，则产生对于本发明的方法的应用特别有利的可能性。

已经证明，特别有利的是使电极支架置于限定的温度下。因此，举例来说，该基片可以在离子注入过程中位于冷却台或卡盘上，所述冷却台或卡盘配备有静电样品架并且必要时配备有氦气或氢气供应以改进由基片至冷却台或卡盘的热传递。在这种情况下，基片支架可用作热源或作为散热器。该基片支架的温度调节可通过作为热载体的液体或气体来积极地进行。

如果基片与等离子体源相对于彼此以恒定的速度移动，则可以实施均匀的区域性注入。此外，基片与等离子体源之间的相对移动也可以以正加速或负加速的方式和/或以受控的基片和/或等离子体源的停留时间而实现。因此，举例来说，可以移动基质，于是可以通过本发明的离子注入方法产生空间分辨的掺杂。

在本发明的方法的另一变体中，在基片与等离子体源的相对移动的过程中改变基片与等离子体源之间的距离。距离的改变可以例如通过基片和/或等离子体源的3-D移动而进行。原理上，还可以想到使该基片和/或等离子体源振荡。通过这种距离的改变，例如可以在离子注入过程中进行修正。

在本发明的方法的另一实施方式中，在基片与等离子体源的相对移动过程中，基片和/或等离子体源的移动方向可以逆转至少一次，使得可以进行基片相对于等离子体源来回的暂时移动。然而，在这种情况下，保持基本的基片传输方向。

结果，利用基片相对于等离子体源的相对移动的目标设定，能够对离子注入产生的不同的电荷载流子密度、电荷状态和/或负载的持续时间进行不同地设置。

在本发明的同样有利的实施方式中，沿着在具有线性贯通孔的等离子体限制壁下方的轨道来引导多个基片。该过程使得可以同时加工沿着在具有线性孔的等离子体限制壁下方的轨道引导通过的多个基片。在这种情况下，如上所述，取决于等离子体限制壁内的孔的实施方式，基片可以在等离子体限制壁的下方连续地移动或有规律停顿地移动，从而以限定的方式来掺杂基片。

在本发明的方法的另一实施方式中，离子注入通过该基片的至少一个介电表面层来实现。注入例如可以通过适当的薄介电层(例如氧化物或氮化物，如用于例如太阳能晶片情况中的减反射层的那些)来实现，以设定适当的掺杂分布。

已证实，如果在本发明的方法的情况中在进行离子注入之后，注入基片中的离子经由热处理、优选经由PTP(快速热处理)或点火过程而被激活，则这是特别有利的。由此能够根据各自的要求而调节注入分布。

本发明的目的进而通过上述一般类型的用于对至少一个基片进行离子注入的离子注入装置而实现，其中，所述放电空间在待进行注入的所述基片的方向上受到具有彼此间隔开的贯通孔的等离子体限制壁的限制，所述等离子体限制壁处于等离子体电势或最大值为±100V的水平的电势，其中，在所述离子注入装置中，所述放电空间与所述基片所处的空间被隔开，以使得在所述放电空间内能够设置比所述基片所处的空间内更高的压力；其中，所述基片可以放置在基片支架上，其基片表面与所述等离子体限制壁对置；其中，所述基片和/或所述基片支架可被置于相对于所述等离子体为高负电势，以使得离子能够从所述等离子体中在所述基片的方向上被加速并且能够注入到所述基片中；并且其中，所述至少一个基片和/或所述基片支架能够在基片传输装置上移动，所述基片传输装置与所述等离子体限制壁对置地沿朝向所述放电空间的基片传输方向且顺着所述放电空间连续或不连续地行进，并穿过所述放电空间，其中，在所述离子注入过程中，所述放电空间的气体供应及气体排出与所述至少一个基片所处的空间是分开的。

在本发明的离子注入装置的情况中，穿过该等离子体限制壁，在基片(旨在在该基片中或基片上制造至少一种元件)与放电空间(其中，存在包括例如磷、砷、锑、铝或硼等所需的掺杂元素的离子的等离子体)之间布置具有模拟所希望的结构的多个贯通孔的电极。在这种情况下，该等离子体限制壁像掩模一样起作用，但不是这样的掩模。所述等离子体限制壁处于等离子体电势或处于与等离子体电势仅稍稍不同的电势。在等离子体限制壁与布置于该等离子体限制壁前面较小距离处的至少一个基片之间施加用于注入的加速电压。借助于所施加的加速电压，从该等离子体引出正离子，并使其加速至基片。这样，处于等离子体电势的等离子体限制壁的结构被映射到该基片中。

此外，在本发明的离子注入装置的情况中，一个或多个基片可以自由地移动通过放电空间。根据本发明，基片所处的空间与所述放电空间在基片支架、基片传输上以及在气体供应和气体引出上分开。因此可以移动基片穿过放电空间并在该过程中对其进行注入。这种注入可以在该至少一个基片处于静止时和在该至少一个基片顺着放电空间移动并穿过该放电空间的过程中进行，在各自的情况下这均可以连续地以及不连续地进行。这不仅提供了在短时间内对多个基片进行注入的可能性，而且还提供了在注入装置的直接上游和/或直接下游为基片设置预处理或后处理室的选项，基片可以通过基片传输装置传输出注入装置和/或传输进注入装置，而不必进行复杂的装卸操作。

在这种情况下，如果根据本发明的离子注入装置的一个实施方式的变体，在基片传输装置的基片传输方向上在放电空间的上游和下游设置锁定器，通过这些锁定器在基片传输装置上的至少一个基片可以被传输到离子注入装置中并且可以在离子注入完成之后传输出离子注入装置，则这是有利的。

根据本发明的一个有利的实施方式，所述离子体源是ECR等离子体源、ICP等离子体源或Finkelstein类型的离子源。此类等离子体源使得可以在低压力下实现本发明的离子注入装置的功能所需的高度离子化。因此，在所述等离子体中可以设定10¹⁰cm^-3～10¹²cm^-3的高离子密度。

为了能够产生线性结构，特别有利的是使用可线性伸缩的等离子体源作为等离子体源。

此外，如果该等离子体源包括以线或图案的形式彼此并排布置的多个单独的等离子体源，则这是有利的。在这种情况下，所述单独的等离子体源形成多个放电空间，这些放电空间彼此并排，并且可以相同地或不同地使用。

在本发明的离子注入装置的一个有利的实施方式中，取决于基片电极处的负电势，等离子体限制壁与基片电极之间的距离为1mm～20mm。然而，在本发明的大多数变体中，如果等离子体限制壁与基片电极之间的距离为1mm～5mm，则已足够。

根据本发明的离子注入装置的一个优选构成，等离子体源具有含掺杂剂的气体或含掺杂剂的蒸气的至少一个入口。结果，可以使用含有所需的掺杂剂的气体或蒸气来运行该等离子体源。

已经证实，特别有利的是在等离子体限制壁与基片电极之间设置具有与等离子体限制壁相同布置的贯通孔的中间电极，其中，所述中间电极可置于正电势。结果，借助于该中间电极，可以在等离子体与基片之间形成势垒，所述势垒特别是可以用作电子减速网格，从而避免次级电子在等离子体源的方向上的不利的加速。此外，该中间电极还可用于影响离子从等离子体中至基片上的移动或加速。因此，该中间电极可以例如以脉冲的方式置于特定的正电势。由此，该中间电极可以用作用于打开和阻断从放电空间引出离子的开关电极。

在本发明的离子注入装置的情况中，特别有利的是电极支架可以作为基片的热源或散热器工作。由此可以对基片以针对性的方式进行加热或冷却。所述加热或冷却可通过使用液体或气体作为热载体而主动进行。

在本发明的方法的一个有利的发展中，中间电极的脉冲以同步的方式相对于基片电极的脉冲和/或等离子体的脉冲彼此同相或有相位偏移地进行。结果，施加到该中间电极上的电压脉冲可以以目标方式与基片电极的脉冲和/或等离子体的脉冲相配合，以便以相对较低的功率获得最佳的注入结果。

根据本发明的一个示例性实施方式，等离子体限制壁中的贯通孔呈现为线性或网格形状形式。结果，取决于各要求，可以产生特定的注入图案，在基片与等离子体源相对移动的情况下该图案还可以区域性地转移到基片上。

如上所述，特别有利的是本发明的离子注入装置以下述方式实施：在离子注入的过程中基片和/或等离子体源可相对于彼此移动穿过彼此。在这种情况下，如以上同样解释过的，有多种可能性来进行基片相对于等离子体源的相对移动。

在基片位于等离子体限制壁下方的固定布置的情况下，具有大致恒定的等离子体条件的等离子体区域必须足够大。然而，根据本发明，可以通过基片相对于等离子体源前面的等离子体限制壁的目标类型的移动而实现注入参数。

在本发明的离子注入装置的情况中，由于与已知的注入设备相比具有必然更高的总电流，由此发生的X射线辐射也以更高的剂量出现。这就需要更为复杂的保护措施。因此，本发明的一个实施方式提供了对离子注入装置的屏蔽，从而使得在该过程中发生的X射线辐射能够被可靠地吸收。举例来说，有利的是本发明的离子注入装置具有吸收X射线的壳体。

下面参照附图更加详细地说明本发明的优选实施方式以及其构造、功能和优点，在附图中：

图1在截面侧视图中示意性地示出了本发明的离子注入装置的一个可能的实施方式；

图2在截面侧视图中示意性地示出了本发明的离子注入装置的另一个可能的实施方式；

图3在平面图中示意性地示出了本发明的离子注入装置的一个实施方式的具有网格型贯通孔的等离子体限制壁；

图4在平面图中示意性地示出了本发明的离子注入装置的一个实施方式的等离子体限制壁内的贯通孔的构成的另一元件变体；和

图5在平面图中示出了本发明的离子注入装置的另一实施方式的等离子体限制壁内的贯通孔的构成的另一实施方式变体。

图1在截面侧视图中示意性地示出了本发明的离子注入装置1的一个可能的实施方式。图中所示的离子注入装置1用于至少一个基片2进行离子注入，在所描述的实例中该至少一个基片承载在基片支架7上。原理上，所示装置还可以用于对基片进行蚀刻。该至少一个基片2和/或基片支架还可以承载或保持在基片载体上。

该至少一个基片2是例如用于制造太阳能电池的基片，例如，晶体硅基片。基片2还可以是已经预先图案化的。特别是，该基片2可具有纹理表面。此外，在基片2的基片表面8上可以设置至少一个薄介电层。举例来说，可以考虑氧化物或氮化物(如用于例如太阳能电池晶片中的减反射层的那些)用作薄介电层。借助于基片2上设置的介电层材料，可以设定适当的掺杂分布。

在所描述的示例性实施方式中，其上承载基片2的基片支架7是冷却的基片支架，其相对于离子注入装置1并非固定的。在本发明的其他实施方式的变体(未示出)中，基片支架7还可以是例如还可被加热的一些其他合适的基片支架。基片支架7的冷却和/或加热可以直接地或间接地完成。举例来说，可以使用如气体和/或液体等热载体，以便使基片支架7为限定的温度。

该至少一个基片2位于基片传输装置上，通过该装置，该至少一个基片2可移动穿过注入装置。该基片传输装置可以是例如带式传输装置或辊式传输装置。在这种情况下，该至少一个基片2在传输过程中可以由所述基片传输装置直接传输，或者可以承载或保持在如基片载体等基片支架上。在使用基片载体的情况中，基片2可以以行、列或矩阵的形式承载在基片载体上。

其中根据本发明设置有基片传输装置(该基片传输装置带有由其移动的基片2)的空间与离子注入装置1的放电空间4在基片支架、气体供应及气体引出上并不连接。基片2可以在独立于等离子体空间的情况下传送到所述空间中并再次传送出该空间。仅仅方便的是向其他室提供锁定器，所述其他室可设置在离子注入装置1的上游及下游，并且在这些室中可以对基片2进行适当的预处理和/或后处理。在这种情况下，这些锁定器形成了基片2的适当的界面或交换装置，其中的基片2不必从该基片传输装置中移出或转移至一些其他基片传输装置。

在图1所示的实例中，基片表面8位于与等离子体源3对置，在所示的示例性实施方式中该等离子体源是ECR等离子体源。在本发明的其他实施方式的变体(未示出)中，根据本发明还可以使用其他合适的等离子体源，例如，ICP等离子体源或Finkelstein类型的等离子体源。在本发明的离子注入装置1中使用特定等离子体源3的一个前提是它能够产生具有10¹⁰cm^-3～10¹²cm^-3的高离子密度的等离子体。优选的是，等离子体源3的放电空间4中所产生的等离子体的单电荷离子和多电荷离子均应能够借助等离子体源3而产生。等离子体源3的放电空间4在基片2的方向上受到等离子体限制壁6的限制。等离子体限制壁6处于等离子体电势或最大值为±100V的电势。

在所示的实例中，该基片传输装置的基片传输方向T平行于等离子体限制壁6而行进。

等离子体限制壁6具有彼此间隔开的贯通孔5，所述贯通孔的布置或图案在基片2的注入过程中映射在基片2的基片表面8中。

通过使等离子体源3的放电空间4由等离子体限制壁6特别是以气体工艺与其余的空间分开，特别是与至少一个基片2所处的空间分开，在离子注入装置1内，放电空间4内的压力可以设定为高于至少一个基片2所处的空间内的压力。

在图1示出的示例性实施方式中，该至少一个基片2或承载基片2的基片支架7以及等离子体源3或至少该等离子体源3的等离子体限制壁6可以相对于彼此移动。为了说明该移动，图1示出了其上设置有基片2的基片支架7的不同位置A、B、C。可以利用基片2与等离子体源3之间的相对移动性，从而使得能够在基片2与等离子体源3移动穿过彼此的过程中对基片2进行的均匀的区域性注入。

在离子注入过程中，基片2和/或基片支架7用作基片电极，所述基片电极置于相对于放电空间4中的等离子体为高负电势，以使得离子从等离子体中在基片2的方向上被加速并且注入到基片2中。举例来说，为达到该目的，对该基片电极(也就是说，基片2和/或基片支架7)施加具有-5kV～-100kV水平的负电势。在这种情况下，可以将该负电势以负电压脉冲的形式施加给基片电极。另一方面，还可以在放电空间4自身内产生脉冲方式的等离子体。此外，如以上所说明的，一方面基片2和/或基片支架7的脉冲电压供应和另一方面等离子体的脉冲可以以同步的方式相对于彼此同相或有相位偏移地进行，从而通过短暂的高电压脉冲以及因此获得的短暂增加的等离子体内的离子密度，即使使用低功率也可获得离子在基片2内的较高的渗透深度。

在如图1所示的本发明的离子注入装置1的示例性实施方式中，等离子体限制壁6与基片2之间的距离为约3mm～5mm。然而，取决于该基片电极处的负电势水平，根据本发明，等离子体限制壁6与基片2或基片电极之间的距离可设定为1mm～20mm。

在离子注入的过程中，等离子体源3使用含掺杂剂的气体或含掺杂剂的蒸气来运转。为此，等离子体源3具有至少一个气体入口(在图1中未单独示出)，经由该入口可以将气体或蒸气引入到等离子体源3的放电空间4内。举例来说，所使用的含掺杂剂的气体或含掺杂剂的蒸气可以是磷化氢、二硼烷、砷化氢、锑化氢、氯化磷、溴化硼、氯化砷、含磷、硼或砷的至少一种有机金属化合物和/或以蒸气存在的掺杂剂。

通过等离子体源3，气体或蒸气在放电空间4内发生电离。这产生了至少单电荷的正离子，所述正离子在至少一个基片2的方向上由基片电极处存在的负电势加速而穿过等离子体限制壁6内的多个贯通孔5并且通过该高加速电压而注入到至少一个基片2中。如以上所提及的，在这种情况下，处于等离子体电势或较低的正电势的等离子体限制壁6的结构映射到至少一个基片2中。通过适当选择参数，必要时可以实现例如线的聚焦。

如果由于等离子体限制壁6内贯通孔5结构的形式导致不能直接映射，则所需的几何形状可以通过下述方式实现：在以列或图案形式排列的单独的等离子体源之下，在多个本发明的离子注入装置1下进行相继的注入，或者在至少一个基片2相对于等离子体源3的机械位移或移动之后在各自的情况下进行多次注入。因此，通过在一个工艺步骤中例如在等离子体限制壁6内的贯通孔5为线性结构的情况中控制至少一个基片2相对于等离子体源3的移动，可以实现均匀的掺杂和限定区域的掺杂。

为了设定适当的掺杂分布，在基片2上可以使用介电层，例如，在太阳能晶片的情况中用于减反射层的氧化物或氮化物，并且可以穿过所述介电层进行注入。

合适的掺杂分布还可以通过根据图1设定等离子体源3或者将其替换为一些其他合适的等离子体源3以使得等离子体源3供应高比例的多电荷离子来设定。对于基片电极处相同的加速电压，该多电荷离子具有与离子化程度相对应的更高的能量，结果，在离子注入过程中更深地渗透到基片2中。

通过选择等离子体限制壁6内的贯通孔5的厚度以及形式，由等离子体引出的离子的离子密度可适应相应的要求。

尽管图1中未单独示出，但离子注入装置1优选具有可靠地吸收过程中产生的X射线辐射的屏蔽物。因此，离子注入装置1可具有例如吸收X射线的壳体。

如在图1中所示，等离子体限制壁6不应等同于在常规的浸没式离子注入装置中使用的引出电极。根据本发明，对于从放电空间4内的等离子体引出离子，使用基片电极，即，基片2或基片支架7，在此处存在相对于该等离子体较高的负电势。等离子体所处的空间与基片2所处的空间由等离子体限制壁6分开，其结果是可以在放电空间4内设定比基片2所处的空间内更高的压力。基片2所处的空间内的至少10¹⁰cm^-3或典型的10¹⁰cm^-3～10¹²cm^-3的高离子密度以及低压力是本发明的离子注入方法的可实施性的绝对必需的先决条件。

尽管为了能够使用本发明的离子注入方法，图1中示意性显示的一方面包括具有离子体限制壁6的等离子体源3且另一方面包括基片电极2、7的基本结构已经足够，也可有利地使用如图2中示意性地描绘的本发明的实施方式的变体。因此，图2示出了根据本发明的离子注入装置1’，其中在等离子体限制壁6与基片电极2、7之间设置有中间电极9。在中间电极9内设置有贯通孔10，所述贯通孔的图案对应于等离子体限制壁6内的贯通孔5的排布。中间电极9可置于最大值为500V水平的正电势。通过中间电极9可以防止次级电子在等离子体源3的方向上的不利的加速。因此，中间电极9可以用作开关电极，用于打开并阻断从放电空间4引出离子。

该正电势还可以以脉冲的方式施加给中间电极9。在这种情况下，可以相对于在基片2或基片支架7处存在的加速电压的脉冲和/或等离子体的脉冲以同步的方式进行中间电极9的电压供应的脉冲。在这种情况下，各个电压脉冲可以同相或有相位偏移地施加给中间电极9、基片电极2、7和/或等离子体。

图2所示的离子注入装置1’的另外的特征对应于图1的离子注入装置1中的那些特征，参见以上关于这些特征的解释。

图3在平面图中示意性地显示了具有网格状贯通孔5的等离子体限制壁6的一个可能的实施方式的变体。

图4和5同样分别示意性地示出了等离子体限制壁6内的贯通孔5’和5’’的可能的实施方式。取决于等离子体限制壁6内的贯通孔5、5’或5’’的实施方式，基片2可以在等离子体源3的等离子体限制壁6的下方连续地或有规律停顿地移动，从而以限定的方式来掺杂基片2。因此，举例来说，图4的实施方式示出了贯通孔5’的网格状排布，而图5的实施方式示出了贯通孔5’’的线性排布。在这种情况中，原理上，对于等离子体限制壁6内的贯通孔5、5’、5’’的构造不加任何限制。然而，等离子体限制壁6内的贯通孔5、5’、5’’必须以彼此间隔开的方式形成。

Claims

1.一种用于对至少一个基片(2)进行离子注入的方法，其中，通过放电空间(4)内的等离子体源(3)在离子注入装置(1，1’)中产生离子密度为至少10¹⁰cm^-3的等离子体，

其中，所述放电空间(4)在待进行注入的所述基片(2)的方向上受到具有彼此间隔开的贯通孔(5)的等离子体限制壁(6)的限制，所述等离子体限制壁处于等离子体电势或最大值为±100V的电势，并且在所述离子注入装置(1，1’)内，所述放电空间内的压力高于所述基片(2)所处的空间内的压力；

其中，所述基片(2)承载在基片支架(7)上，其基片表面(8)与所述等离子体限制壁(6)对置；并且

其中，所述基片(2)和/或所述基片支架(7)用作基片电极，所述基片电极置于相对于所述等离子体为高负电势，以使得离子从所述等离子体中在所述基片(2)的方向上被加速并且注入到所述基片(2)中，

其中，

所述至少一个基片(2)和/或所述基片支架(7)在基片传输装置上移动，所述基片传输装置与所述等离子体限制壁(6)对置地沿朝向所述放电空间(4)的基片传输方向(T)且顺着所述放电空间(4)连续或不连续地行进，并穿过所述放电空间(4)，其中，在所述离子注入过程中，所述放电空间(4)的气体供应及气体排出与所述至少一个基片(2)所处的空间是分开的。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在基片载体上的不同位置(A、B、C)处设置的多个基片(2)借助于所述基片传输装置移动穿过所述放电空间(4)。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个基片(2)和/或所述等离子体源(3)以均一的速度正加速或负加速，和/或以受控的停留时间彼此移动穿过。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述基片(2)与等离子体源(3)的相对移动过程中改变所述基片(2)与等离子体源(3)之间的距离。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述基片(2)和/或等离子体源(3)在竖直方向上以振荡的方式移动，或者在三维方向上移动。

6.如权利要求3、4或5所述的方法，其中，在基片(2)和等离子体源(3)的相对移动过程中，所述至少一个基片(2)和/或所述等离子体源(3)的移动方向逆转至少一次。

7.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，在所述基片传输装置的基片传输方向上在所述放电空间(4)的上游和下游设置有锁定器，通过所述锁定器，所述基片传输装置上的所述至少一个基片(2)被传输到所述离子注入装置(1，1’)中并在完成离子注入之后传输出所述离子注入装置。

8.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，所述负电势以负电压脉冲的形式施加给所述基片电极(2，7)，所述等离子体以脉冲的方式产生，并且所述基片电极(2，7)的脉冲以及所述等离子体的脉冲以同步的方式相对于彼此同相或有相位偏移地进行。

9.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，可线性伸缩的等离子体源用作所述等离子体源(3)。

10.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，以线或图案的形式彼此并排布置的多个单独的等离子体源用作所述等离子体源(3)。

11.如权利要求1所述的方法，其中，在所述等离子体限制壁(6)与所述基片电极(2，7)之间设置有具有与所述等离子体限制壁(6)中相同布置的贯通孔(10)的中间电极(9)，其中所述中间电极(9)置于最大值为500V的水平的正电势，其中，利用所述中间电极(9)的电势来使得能够从所述放电空间(4)引出离子或阻断从所述放电空间(4)引出离子，同时所述等离子体保持在所述放电空间(4)中。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述正电势以脉冲的形式施加给所述中间电极(9)，并且所述中间电极(9)的脉冲相对于所述基片电极(2，7)的脉冲和/或所述等离子体的脉冲以同步的方式相对于彼此同相或有相位偏移地进行。

13.如权利要求9所述的方法，其中，在所述可线性伸缩的等离子体源的下方或在所述单独的等离子体源的下方设置有具有用于产生不同的注入图案的局部不同图案的贯通孔(10)的中间电极(9)。

14.如权利要求11～13中任一项所述的方法，其中，通过控制器，对放电空间(4)分配选自不同的中间电极(9)的至少一个中间电极(9)，所述不同的中间电极(9)具有用于产生不同的注入图案的局部不同图案的贯通孔(10)和单独的电压供应。

15.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，沿着在具有线性贯通孔(5”)的所述等离子体限制壁(6)下方的轨道来引导多个基片(2)。

16.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，在所述离子注入之后，注入到所述至少一个基片(2)中的离子通过热处理而激活。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在所述离子注入之后，注入到所述至少一个基片(2)中的离子通过RTP或点火过程而激活。

18.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，在所述离子注入过程中改变离子能量和/或注入剂量。

19.如权利要求18所述的方法，其中，在所述离子注入的过程中，将具有不同电势水平的脉冲相继地施加给所述基片电极(2，7)。

20.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中，所述方法用于蚀刻所述至少一个基片(2)。

21.一种用于对至少一个基片(2)进行离子注入的离子注入装置(1，1’)，其中，所述离子注入装置(1，1’)具有带有放电空间(4)的等离子体源(3)，其能够产生具有至少10¹⁰cm^-3的离子密度的等离子体，

其中，所述放电空间(4)在待进行注入的所述基片(2)的方向上受到具有彼此间隔开的贯通孔(5)的等离子体限制壁(6)的限制，所述等离子体限制壁处于等离子体电势或最大值为±100V的水平的电势，其中，在所述离子注入装置(1，1’)中，所述放电空间(4)与所述基片(2)所处的空间被隔开，以使得在所述放电空间(4)内能够设置比所述基片(2)所处的空间内更高的压力；

其中，所述基片(2)可以放置在基片支架(7)上，其基片表面(8)与所述等离子体限制壁(6)对置；并且

其中，所述基片(2)和/或所述基片支架(7)可被置于相对于所述等离子体为高负电势，以使得离子能够从所述等离子体中在所述基片(2)的方向上被加速并且能够注入到所述基片(2)中，

其中，

所述至少一个基片(2)和/或所述基片支架(7)能够在基片传输装置上移动，所述基片传输装置与所述等离子体限制壁(6)对置地沿朝向所述放电空间(4)的基片传输方向(T)且顺着所述放电空间(4)连续或不连续地行进，并穿过所述放电空间(4)，其中，在所述离子注入过程中，所述放电空间(4)的气体供应及气体排出与所述至少一个基片(2)所处的空间是分开的。

22.如权利要求21所述的离子注入装置，其中，在所述基片传输装置的基片传输方向上在所述放电空间(4)的上游和下游设置有锁定器，通过所述锁定器，所述基片传输装置上的所述至少一个基片(2)能够被传输到所述离子注入装置(1，1’)中并在完成离子注入之后传输出所述离子注入装置。

23.如权利要求21或22所述的离子注入装置，其中，所述等离子体源(3)是可线性伸缩的等离子体源。

24.如权利要求21或22所述的离子注入装置，其中，所述等离子体源(3)包括以线或图案的形式彼此并排布置的多个单独的等离子体源。

25.如权利要求21或22所述的离子注入装置，其中，在所述等离子体限制壁(6)与所述基片电极(2,7)之间设置有具有与所述等离子体限制壁(6)中相同布置的贯通孔(10)的中间电极(9)，其中，所述中间电极(9)能够置于正电势，并因此起到用于打开和阻断从所述放电空间(4)引出离子的开关电极的作用。

26.如权利要求21或22所述的离子注入装置，其中，所述等离子体限制壁(6)中的贯通孔(5)呈现为线性或网格形状的形式。

27.如权利要求21或22所述的离子注入装置，其中，所述离子注入装置(1，1’)具有吸收X射线的壳体。