CN105593401A - 离子植入机中的碳化硅镀膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子植入机，其在一或多个暴露于离子的导电表面上具有低电阻率碳化硅镀膜。举例来说，离子在离子源室中产生并且壁的内表面镀有低电阻率碳化硅。由于碳化硅是硬性并且耐溅镀的，这可以减少引入到从离子源室提取的离子束中的污染物离子的量。在一些实施例中，提取电极也镀有碳化硅以减少由这些组件引入的污染物离子。

Description

离子植入机中的碳化硅镀膜

技术领域

本发明涉及离子植入并且尤其涉及减少在离子植入机中产生的污染物。

背景技术

离子植入是一种用于将改变导电率的杂质引入到工件中的标准技术。所需的杂质材料在离子源中经电离，所述离子经加速以形成规定能量的离子束，并且使离子束指向工件的表面。离子束中的高能离子穿透到工件材料的主体中并且嵌入到工件材料的晶格中以形成具有所需导电性的区域。

离子植入已经证实为一种用来掺杂太阳能电池的可行的方法。使用离子植入去除现有技术所需的方法步骤，如扩散炉。举例来说，如果使用离子植入代替炉扩散，那么可以去除激光边缘隔离步骤，因为离子植入将仅仅掺杂所需的表面。除了去除方法步骤以外，使用离子植入已证实更高的电池效率。离子植入还提供执行太阳能电池的整个表面的覆盖植入或仅仅太阳能电池的一部分的选择性(或图案化)植入的能力。使用离子植入在高通量下的选择性植入避免了用于炉扩散的昂贵和耗时的光刻或图案化步骤。选择性植入还能实现新的太阳能电池设计。

与离子植入相关的一个问题可能是引入不合需要的污染物。这些污染物可能减少太阳能电池的效率或操作。因此，减少这些污染物的产生的任何技术或系统可能是有利的。这可以加速采用太阳能电池作为替代性能量来源。

发明内容

离子植入机在一或多个暴露于离子的导电表面上具有低电阻率碳化硅镀膜。举例来说，离子在离子源室中产生并且壁的内表面镀有低电阻率碳化硅。由于碳化硅是硬性并且耐溅镀的，这可以减少引入到从离子源室提取的离子束中的污染物离子的量。在一些实施例中，提取电极也镀有碳化硅以减少由这些组件引入的污染物离子。

在一个实施例中，揭露离子植入机。离子植入机包括离子源，所述离子源包括具有第一壁、相对的导电第二壁以及多个导电侧壁的离子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；以及经安置而接近提取孔口并且在离子源室外的提取电极组件，所述提取电极组件包括一或多个导电电极；其中至少一个导电组件镀有低电阻率碳化硅。

根据第二实施例，揭露离子植入机。离子植入机包括离子源，所述离子源包括具有第一壁、相对的导电第二壁以及多个导电侧壁的离子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；多个导电衬垫，每一个与导电侧壁的相应的内表面相对安置并且与其处于电联通；以及经安置而接近提取孔口并且在离子源室外的提取电极组件，所述提取电极组件包括一或多个导电电极；其中导电衬垫、第二壁的内表面以及提取电极组件中的至少一个镀有低电阻率碳化硅。

根据第三实施例，离子植入机包括离子源，所述离子源包括具有第一壁、相对的导电第二壁以及多个导电侧壁的离子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；多个导电石墨衬垫，每一个与导电侧壁的相应的内表面相对安置并且与其处于电联通，每一个衬垫包括面向离子源室的内部的第一表面和面向相应的侧壁的相对的第二表面，其中第一表面镀有低电阻率碳化硅；以及经安置而接近提取孔口并且在离子源室外的提取电极组件，所述提取电极组件包括一或多个导电电极，每一个具有相应的孔口，其中围绕相应的孔口的每一个电极的一部分镀有低电阻率碳化硅；其中低电阻率碳化硅具有小于1欧姆-厘米(1ohm-cm)的电阻率。

附图说明

为了更好地理解本发明，将参考附图，其以引用的方式并入本文中并且其中：

图1是根据第一实施例的离子植入机。

具体实施方式

这些方法结合离子植入机描述于本文中。然而，这些方法可以与涉及半导体制造的其他系统和方法或使用等离子或离子束的其他系统一起使用。因此，本发明不限于下文描述的具体实施例。

图1显示代表性离子植入机的横截面，其可用以将掺杂离子引入到工件150(如太阳能电池)中。这些掺杂离子用以形成太阳能电池中所需的发射极区域和p-n结。离子植入机100包含离子源110。离子源110可以包括第一壁111和相对的第二壁112。第一壁111和第二壁112可以由多个侧壁113、侧壁114接合在一起。由于离子植入机显示于横截面中，因此仅仅显示两个侧壁113、侧壁114。然而，也可以采用任何数目的侧壁，如四个或大于四个。这些侧壁113、侧壁114以机械方式和以电气方式耦合到第二壁112。这些侧壁113、侧壁114同样以机械方式耦合到第一壁111。这些侧111至侧114的内表面限定离子源室115。

此外，尽管离子源110经显示为具有尺寸平面壁的框体，其他配置也是可能的。

通常，离子源110具有等离子发生器(图中未示)，如射频天线(RFantenna)或间接加热的阴极(indirectlyheatedcathode；ISC)，其供应所需的能量以于离子源110内产生等离子和电离源气体。在一些实施例中，等离子发生器经安置而接近第一壁111，位于离子源室115的外侧上。第一壁111可以由介电材料(如氧化硅)构建。第二壁112和侧壁113、侧壁114可以由导电材料(如金属或石墨)构建，以便可以将共偏压施加到这些壁上。换句话说，离子源室115可以由第一壁111、相对的导电第二壁112以及导电侧壁113、导电侧壁114组成。

将源气体馈送到离子源110中。等离子发生器产生等离子并且产生此源气体的离子。提取孔口117可以安置在第二壁112上，以便离子源室115内产生的离子可以通过此提取孔口117提取。

安置在离子源室115外、接近提取孔口117的是包括一或多个电极的提取电极组件130。举例来说，如图1所示，两个电极：提取电极130a以及抑制电极130b可以安排成接近提取孔口117。当然，提取电极组件130可以包括任何数目的电极并且不限于此实施例。构成提取电极组件130的电极可以是导电的并且通常是由石墨构建。

在操作中，将负偏压施加到提取电极130a，其从离子源室115吸引正离子。通常将不同偏压施加到抑制电极130b。提取电极130a和抑制电极130b每一个具有安置在其中的相应的电极孔口131a、电极孔口131b。提取电极孔口131a和抑制电极孔口131b每一个与提取孔口117对准，以便朝向提取电极组件130吸引离子。这些吸引的离子接着穿过安置在电极130a、电极130b中的电极孔口131a、电极孔口131b。这些离子形成离子束140，其冲击工件150。

为了降低成本，可能常见的是，不会质量分析离开离子源室115并且形成离子束140的离子。换句话说，所有产生于离子源室115中的离子，其包含所需的掺杂离子，但是还可以包含污染物离子(如从室内的表面产生的那些)冲击工件150。此外，来自提取电极组件130的污染物也可以包含于离子束140中。

出于这个原因，离子源室115的一或多个内表面可经加衬(lined)以便减少或消除那些内表面暴露于等离子。这些衬垫120可以减少由来自这些内表面的材料溅镀产生的污染物。此外，如上文所描述，在不使用衬垫120的情况下，离子源室115内的高能离子可能冲击这些内表面并且致使污染物变得从这些表面分离。如上文所陈述，离子源110的第二壁112和侧壁113、侧壁114可以由导电材料制成。因此，用以覆盖这些壁的内表面的衬垫120也可以是导电的。这些衬垫120与这些壁(如侧壁113、侧壁114)的内表面相对安置并且与其处于电联通。在一些实施例中，这些衬垫120是由石墨构建，所述石墨具有约.001欧姆-厘米(ohm-cm)的电阻率。这些衬垫120可以与侧壁113、侧壁114的所有内表面相对安置。此外，衬垫120可以安置在第二壁112的内表面的一部分上。如果衬垫120安置在第二壁112上，那么衬垫120不覆盖提取孔口117。

然而，已经发现，甚至在添加石墨衬垫120的情况下，污染物离子仍可能冲击工件150。在一些实施例中，这些污染物离子可以包括碳。这些碳离子可能由石墨衬垫120或电极130a、电极130b产生。

通常，碳化硅具有约100欧姆-厘米的电阻率。相比之下，如上文所陈述，石墨的电阻率是约.001欧姆-厘米。因此，传统的碳化硅不能用于需要导电表面的应用中，如离子源室115中的第二壁112和侧壁113、侧壁114，以及提取电极组件130中的电极。

最近，材料科学中的进展已经使得具有大大降低的电阻率的碳化硅材料成为可能。在一些实施例中，此电阻率可以在.01欧姆-厘米与1欧姆-厘米之间。尽管远不如石墨一样导电，此低电阻率碳化硅可以用于本文所描述的一些应用中。

举例来说，在一个实施例中，石墨衬垫120可以镀有低电阻率碳化硅。在一个实施例中，使用化学气相沉积(chemicalvapordeposition；CVD)方法将低电阻率碳化硅涂覆到石墨衬垫120。衬垫120具有面向离子源室115的内部的第一表面和面向侧壁113、侧壁114的相对的第二侧。在一些实施例中，可以将低电阻率碳化硅涂覆到衬垫120的两个表面。在另一个实施例中，仅仅将低电阻率碳化硅涂覆到面向离子源室115的内部的衬垫120的第一表面。在将低电阻率碳化硅镀敷到石墨衬垫120上之后，抵着离子源室115的侧壁113、侧壁114的内表面安装衬垫120。由于低电阻率碳化硅具有相对良好的导电性，仍然能够将偏压施加到这些衬垫120。

在某些情况下，离子源室115的第二壁112的内表面也镀有低电阻率碳化硅。举例来说，可以使用CVD使第二壁112镀有低电阻率碳化硅。在一些实施例中，第二壁112的两个表面(即面向离子源室115的内表面和外表面)都镀有低电阻率碳化硅。在一些实施例中，低电阻率碳化硅没有涂覆到第二壁112的内表面的外边界。举例来说，约1英寸的未镀敷边界可以安置在第二壁112的内表面周围。以这种方式，在无碳化硅中间层的情况下，当侧壁113、侧壁114连接到第二壁112时，侧壁113、侧壁114与第二壁112直接接触。这可以帮助改进第二壁112与侧壁113、侧壁114之间的电连接。在其他实施例中，侧壁113、侧壁114可以延伸超出第二壁112，以便侧壁113、侧壁114的内表面的一部分与第二表面112的末端紧密结合。在这个实施例中，侧壁113、侧壁114的内表面的部分可以不经镀敷或加衬。因此，不将碳化硅安置在第二壁112与侧壁113、侧壁114连接的区域中。在一些实施例中，第二壁112的外表面(即离子源室115的外侧)可以不以低电阻率碳化硅加衬。

因此，可以通过在构成离子源室115的壁的一或多个内表面上涂覆低电阻率碳化硅镀膜来减少来源于离子源室115内的污染物。在一些实施例中，仅仅衬垫120镀有低电阻率碳化硅。在其他实施例中，仅仅镀敷第二壁112的内侧。在其他实施例中，除了第一壁之外的所有内表面都镀有低电阻率碳化硅。

在其他实施例中，在离子源室115中没有使用衬垫120。替代的是，将低电阻率碳化硅直接涂覆到侧壁113、侧壁114的内表面。然而，在两个实施例中，最终面向离子源室115的内部的表面(其可以是衬垫120的第一表面或壁113、壁114的内表面)镀有低电阻率碳化硅。在某些情况下，这些表面可以是衬垫120。在其他情况下，这些表面可以是侧壁113、侧壁114的内表面。

在一些实施例中，提取电极130a和抑制电极130b可以镀有低电阻率碳化硅。在一些实施例中，使用CVD方法镀敷电极130a、电极130b的两个表面。在另一个实施例中，仅仅镀敷面向离子束140的每一个电极130a、电极130b的表面。在又一个实施例中，镀敷电极130a、电极130b的两个表面的一部分，然而，此镀膜限于围绕电极孔口131a、电极孔口131b的区域。

虽然图1显示电极组件130以引导离子束140，但也可以采用其他聚焦元件。这些聚焦元件可以包含电极或其他结构。尽管未示出，但这些聚焦元件的一或多个表面可以镀有低电阻率碳化硅以减少撞击工件150的污染物的量。

由于碳化硅因其硬度和对蚀刻或溅镀的耐性而出名，因此描述碳化硅。然而，本发明不限于这种材料。举例来说，能够采用可以经修改以便具有1欧姆-厘米或小于1欧姆-厘米的电阻率的其他硬质材料以便在这些应用中执行。

因此，可以通过使用低电阻率碳化硅在离子植入机中镀敷一或多个导电表面来产生更高纯度离子束。这种低电阻率碳化硅可以更耐溅镀，进而比另外将产生污染物离子的底层表面产生更少污染物离子。在没有质量分析的系统中，这种在污染物离子方面的减少可以是非常有益的。

本发明的范围不应受本文所描述的具体实施例限制。实际上，根据以上描述和附图，除本文所描述的那些实施例和修改以外，本发明的其他各种实施例和对本发明的修改也将对于本领域的普通技术人员显而易见。这些其他实施例和修改意欲属于本发明的范围内。此外，尽管已出于特定目的在特定环境下的特定实施方案的上下文中描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到其有用性不限于此，并且出于任何数目的目的，本发明可以有利地在任何数目的环境中实施。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的全部广度和精神来解释技术方案。

Claims (15)

1.一种离子植入机，包括：

离子源，包括离子源室，所述离子源室具有第一壁、相对的导电的第二壁以及多个导电的侧壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中；以及

提取电极组件，经安置而接近所述提取孔口并且在所述离子源室外，所述提取电极组件包括一或多个导电电极；

其中至少一个导电组件镀有低电阻率的碳化硅。

2.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述碳化硅具有小于1欧姆-厘米的电阻率。

3.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述侧壁的每一个包括面向所述离子源室的内部的内表面，并且所述内表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

4.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述第二壁的内表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

5.根据权利要求1所述的离子植入机，其中所述导电电极的表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

6.根据权利要求5所述的离子植入机，其中所述导电电极中的每一个包括相应的孔口，并且围绕所述相应的孔口的所述导电电极中的每一个的一部分镀有所述低电阻率的碳化硅。

7.一种离子植入机，包括：

离子源，包括离子源室，所述离子源室具有第一壁、相对的导电的第二壁以及多个导电侧壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中；

多个导电的衬垫，每一个与所述导电侧壁的相应的内表面相对安置并且与其处于电联通；以及

提取电极组件，经安置而接近所述提取孔口并且在所述离子源室外，所述提取电极组件包括一或多个导电电极；

其中，所述导电的衬垫、所述第二壁的内表面以及所述提取电极组件中的至少一个镀有低电阻率的碳化硅。

8.根据权利要求7所述的离子植入机，其中所述碳化硅具有小于1欧姆-厘米的电阻率。

9.根据权利要求7所述的离子植入机，其中所述衬垫的每一个包括面向所述离子源室的内部的第一表面以及面向相应的所述侧壁的相对的第二表面，并且所述第一表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

10.根据权利要求7所述的离子植入机，其中所述第二表面的所述内表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

11.根据权利要求7所述的离子植入机，其中所述导电电极的表面镀有所述低电阻率的碳化硅。

12.根据权利要求11所述的离子植入机，其中所述导电电极中的每一个包括相应的孔口，并且围绕所述相应的孔口的所述电极中的每一个的一部分镀有所述低电阻率的碳化物。

13.一种离子植入机，包括：

离子源，包括离子源室，所述离子源室具有第一壁、相对的导电的第二壁以及多个导电侧壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中；

多个导电石墨衬垫，每一个与所述导电侧壁的相应的内表面相对安置并且与其处于电联通，所述衬垫中的每一个包括面向所述离子源室的内部的第一表面以及面向相应的所述侧壁的相对的第二表面，其中所述第一表面镀有低电阻率碳化硅；以及

提取电极组件，经安置而接近所述提取孔口并且在所述离子源室外，所述提取电极组件包括一或多个导电电极，所述导电电极的每一个具有相应的孔口，其中围绕所述相应的孔口的每一个所述电极的一部分镀有所述低电阻率碳化硅；

其中所述低电阻率碳化硅具有小于1欧姆-厘米的电阻率。

14.根据权利要求13所述的离子植入机，其中所述第二壁的内表面镀有所述低电阻率碳化硅。

15.根据权利要求14所述的离子植入机，其中所述第二壁与所述侧壁连接的区域不镀有所述低电阻率碳化硅。