CN107710423B - 处理工件的方法 - Google Patents
处理工件的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107710423B CN107710423B CN201680038035.1A CN201680038035A CN107710423B CN 107710423 B CN107710423 B CN 107710423B CN 201680038035 A CN201680038035 A CN 201680038035A CN 107710423 B CN107710423 B CN 107710423B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- workpiece
- boron
- oxygen
- implanted
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 58
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 49
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 49
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 19
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 16
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 15
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 9
- -1 boron ion Chemical class 0.000 description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JHKXZYLNVJRAAJ-WDSKDSINSA-N Met-Ala Chemical compound CSCC[C@H](N)C(=O)N[C@@H](C)C(O)=O JHKXZYLNVJRAAJ-WDSKDSINSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1864—Annealing
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B1/00—Details of electric heating devices
- H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
- H05B1/0227—Applications
- H05B1/023—Industrial applications
- H05B1/0233—Industrial applications for semiconductors manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明公开了一种处理工件的方法及处理工件的装置。所述处理工件的方法，包括在工件已被植入硼之后对所述工件执行短的热处理。此短的热处理可在将工件放置于载具中之前执行。所述短的热处理可使用激光、加热灯或发光二极管来执行。在一些实施例中，加热源安置于装卸室中，且在工件经过处理之后被致动。在其他实施例中，所述加热源安置于输送带上方，所述输送带用以将经处理的工件自装卸室移动至装载/卸载站。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种处理工件的方法与装置，且更具体而言，涉及在退火工艺期间减少自工件扩散的硼的量的方法。
背景技术
半导体工件常常被植入掺杂物质以产生所需的导电性。举例而言，太阳能电池可被植入掺杂物质以产生射极区。可使用多种不同的机制来进行此植入。射极区的生成使得能够在太阳能电池中形成p-n结(p-n junction)。随着光照射到太阳能电池上，电子被激发，从而产生电子-空穴对。由来自入射光的能量产生的少数载流子在太阳能电池中扫掠过p-n结。此会产生电流，所述电流可用以对外部负载供电。
在一些实施例中，使用硼在太阳能电池中产生p掺杂(p-doped)区。举例而言，在n型钝化射极背面局域化(passivated emitter,rear localized，PERL)太阳能电池中，硼被植入于前表面中。然而，当电池在制造期间经受退火时，硼具有扩散出电池的趋势。当太阳能电池被退火时，太阳能电池通常被安置于载具中，使得一个太阳能电池的前表面相邻于下一太阳能电池的后表面。在所植入的硼的退火期间，若位于前表面处或靠近前表面的硼未被有效地结合并驱入至工件中，则所述硼可在高温下向外扩散。硼自太阳能电池的前表面的此种向外扩散继而对所述太阳能电池或相邻太阳能电池的后表面造成污染，并导致表面钝化的严重劣化，此会导致电池性能降低。硼的此种向外扩散也会降低p掺杂区中的掺杂浓度。
因此，在退火之前常常在太阳能电池的表面上沉积保护层以减少硼自前表面的向外扩散以及硼向相邻太阳能电池的后表面的扩散。然而，这些保护层的沉积及后续移除增加了工艺，从而会增加太阳能电池制造工艺的时间及成本。
因此，一种改善与太阳能电池相关联的制造工艺并特别是减少与硼向外扩散相关联的污染的装置及方法将有所助益。
发明内容
公开了一种处理太阳能电池的装置及方法，其中在工件已被植入硼之后对所述工件执行短的热处理。此短的热处理可在将工件置于载具中之前执行。所述短的热处理可使用激光、加热灯或发光二极管来执行。在某些实施例中，加热源安置于装卸室中，且在工件经过处理之后被致动。在其他实施例中，加热源安置于输送带上方，所述输送带用以将经处理的工件自装卸室移动至装载/卸载站。
根据一个实施例，公开了一种处理工件的方法。所述方法包括：将硼植入至所述工件的第一表面中；在所述植入之后将所述工件返送至载具的同时，将所述工件暴露于短的热处理；以及在所述暴露之后，使所述工件经受退火工艺。在某些实施例中，在所述暴露期间对周围环境供应氧气。在某些实施例中，在所述暴露期间对周围环境供应氧气及至少一种惰性气体。在一些实施例中，所述短的热处理是使用激光来执行。在某些实施例中，所述短的热处理是使用一或多个加热灯来执行。在某些实施例中，所述短的热处理是使用一或多个发光二极管来执行。在某些实施例中，所述方法包括在所述暴露之前将氧植入至所述工件的所述第一表面中。在另一些实施例中，氧是与硼同时植入。在某些实施例中，所述短的热处理将所述工件加热至介于850℃与1450℃之间的温度。
根据第二实施例，公开了一种处理工件的装置。所述装置包括：装卸室；腔室，容纳植入系统，并与所述装卸室连通；以及加热源，安置于所述装卸室中，以在所述工件经过所述植入系统处理之后加热所述工件。在某些实施例中，在所述加热源被致动的同时，对所述装卸室供应氧气。在某些实施例中，所述加热源包括加热灯、激光或发光二极管。
根据第三实施例，公开了一种处理工件的装置。所述装置包括：装载/卸载站，在所述装载/卸载站中将工件自载具移开；装卸室；输送带，在所述装载/卸载站与所述装卸室之间移动所述工件；腔室，容纳植入系统，并与所述装卸室连通；以及加热源，安置于所述输送带上方，以在所述工件经过所述植入系统处理之后当所述工件被返送至所述装载/卸载站时加热所述工件。在某些实施例中，加热源包括加热灯、激光或发光二极管。在某些实施例中，朝向所述工件引导的射束的长度大于所述工件的第一尺寸。
附图说明
为了更好地理解本发明，参照附图，所述附图被并入本文中供参考，且在附图中：
图1示出根据一个实施例的n型PERL太阳能电池的代表性制造流程。
图2是根据第二实施例的n型PERL太阳能电池的代表性制造流程。
图3A至图3C示出可在短的热处理期间使用的热分布曲线。
图4示出可用以实现图1至图2所示制造流程的装置的第一实施例。
图5示出可用以实现图1至图2所示制造流程的装置的第二实施例。
具体实施方式
植入式太阳能电池对表面条件及处理顺序非常敏感。举例而言，被植入的硼在高温退火期间可自太阳能电池的前表面向外扩散。如上所述，此会降低前表面中p型掺杂剂的浓度。此外，发生扩散的硼随后可扩散至可经n掺杂或根本未经掺杂的后表面。
一种防止不需要的硼污染太阳能电池的后表面的方式是在退火工艺之前自工件的表面移除硼。在一些实施例中，此可使用短的热处理来实现，例如快速热处理(rapidthermal process，RTP)、快速退火(flash anneal)或激光退火。此种短的热处理(shortthermal treatment，STT)旨在移除安置于太阳能电池的表面处的硼，且可导致射极形成或可不导致射极形成。在某些实施例中，可通过控制周围气体的组成而改变硼的移除速率。举例而言，可在包含气体(例如，氧气)的周围环境中执行短的热处理以控制表面硼移除的持续时间。
图1示出代表性制造工艺，所述代表性制造工艺可用以减少硼自前表面的向外扩散和/或减少硼向后表面的扩散。
首先，如在工艺100中所示，可将工件纹理化。纹理化(texturing)可增加前表面的表面积。在一些实施例中，工件可为n型硅。如在工艺110中所示，然后将p型掺杂剂(例如，硼)植入至工件的前表面中。类似地，如在工艺130中所示，将n型掺杂剂(例如，磷)植入至工件的后表面中。尽管图1示出硼被植入至前表面中，但应理解，在其他实施例中，硼可被植入至后表面中。此外，尽管图1示出将磷被植入至后表面中，但本发明不限于此实施例。举例而言，可将其他掺杂剂植入与被植入硼的表面相对的表面中。在其他实施例中，可根本不对与被植入硼的表面相对的表面进行植入。本文中所述的工艺可应用于包括将硼植入至工件的至少一个表面中的任何制造工艺。
所述植入中的一或两者可为毯覆式植入，在毯覆式植入中，整个表面均被植入而不使用掩模。作为另外一种选择，所述植入中的一或两者可为图案化植入，在图案化植入中使用掩模来使表面的仅一部分被植入掺杂剂离子。
此外，可执行硼离子植入(工艺110)以使前表面被非晶化。然而，在其他实施例中，硼离子植入的能量及持续时间可能无法使前表面完全非晶化。硼离子植入可使用各种离子物质，包括但不限于B、BF、BF2、BF3、或B2F4。
传统上，由于硼自前表面向外扩散，因此在退火工艺之前已对太阳能电池的前表面和/或后表面应用保护层。尽管保护表面的确会减少向外扩散，但就工艺数目而言保护表面成本高昂。具体而言，将保护涂层首先沉积于太阳能电池的前表面和/或后表面上。在完成退火工艺之后，便移除这些保护层。
在图1所示的工艺中，未沉积保护层。确切而言，在硼离子植入(工艺110)之后执行短的热处理(示出于工艺120中)。此短的热处理在某些实施例中可为10秒或小于10秒，且可使用激光退火、快速退火或快速热处理来执行。所述短的热处理被设计成有意地使硼自工件的表面向外扩散。在某些实施例中，在工件在其后表面上安置的同时执行短的热处理。举例而言，在工件被植入硼之后，可将呈脉冲或连续波形式的激光束朝每一工件的前表面引导。短的热处理将导致位于工件表面附近的硼扩散出工件。然而，由于工件可在其后表面上安置，因此在短的热处理期间可发生对后表面的很少的污染。因此，短的热处理可在工件经过植入之后、且工件被返送至通常用于固持多个工件的载具之前进行。
尽管图1示出磷的植入(工艺130)在硼植入(工艺110)及短的热处理(工艺120)之后进行，但其他实施例也处于本发明的范围内。举例而言，磷的植入(工艺130)可在硼的植入(工艺110)之前执行。在另一实施例中，磷的植入(工艺130)可在短的热处理(工艺120)之前进行。在所有这些实施例中，短的热处理(工艺120)均在硼植入(工艺110)之后、且退火工艺(工艺140)之前进行。
接下来，如在工艺140中所示，执行退火工艺。在某些实施例中，可在退火工艺之前执行清洁工艺。退火工艺的目的是将所植入的掺杂剂驱入至工件中，修复由植入造成的任何损坏并将掺杂剂活化。在某些实施例中，在将多个工件安置于可由石英制成的载具中的同时执行退火工艺。载具可将工件堆叠成使得一个工件的前表面靠近相邻工件的后表面。然而，由于在短的热处理期间硼向外扩散，因此工件的后表面在退火工艺期间可不受污染。
接下来，如在工艺150中所示，在太阳能电池的前表面及后表面上形成钝化层。如在工艺160中所示，然后将减反射涂层(anti-reflective coating，ARC)应用至前表面和/或后表面。此减反射涂层可为氮化硅(SiN)，但也可使用其他材料。如在工艺170中所示，然后使用丝网印刷(screen printing，SP)应用金属触点。金属浆料(metal paste)通常被烧结(fritted)以确保通过减反射涂层而与太阳能电池进行良好接触。如在工艺180中所示，然后对基板进行烧制以使得金属结合并扩散至基板中。如在工艺190中所示，然后对所得的太阳能电池进行测试并分类。尽管工艺150至工艺190示出了特定的一组工艺，但应理解，在退火工艺(工艺140)之后可执行其他或不同的工艺。
图2示出可供使用的制造工艺的另一实施例。在本实施例中，如在图1中所使用，相同的工艺被赋予相同的参考指示符。图1所示的实施例假定在工艺110期间仅硼被植入至前表面中。
然而，在图2所示的实施例中，在工艺210中，还与硼一起植入氧。在某些实施例中，例如在非质量分析式系统(non-mass analyzed system)中，氧可与硼一起植入。换言之，可将含有硼的第一供给气体及含有氧的第二供给气体引入至离子源中以产生含有硼的第一离子及含有氧的第二离子。相对于硼离子数目而言，氧离子数目可基于气体流量、应用至离子源的功率或其他参数进行确定。氧离子可呈O离子或O2离子的形式。在其他实施例中，可在单独的植入中植入氧。举例而言，可以介于2kv与20kv之间的植入能量植入氧离子。在任一实施例中，植入至工件中的氧的浓度可介于1×1014cm-2与5×1015cm-2之间。
氧的植入可改变硼扩散出工件的前表面的速率。
图3A至图3C示出短的热处理的各种实施例。在这些实施例中，短的热处理工艺的温度达到高台区(plateau)。在此高台区处，最大温度Tmax可介于850℃与1450℃之间，但其他温度范围也是可能的。工件保持于此温度高台区达持续时间t2，所述持续时间t2可介于1纳秒与10秒之间，但其他持续时间也是可能的。
图3A示出第一实施例。在此实施例中，温度自其周围温度斜升至Tmax高台区。在所有实施例中，温度可以超过或接近1450℃/s的速率斜升，但其他速率也是可能的。斜升速率可取决于加热源的脉冲持续时间及输入功率。
在可介于150℃与850℃之间但小于Tmax的中间温度Tdwell处，温度斜升停止，以容许工件停留在此中间温度Tdwell。
工件可停留在此温度达停留周期t1，所述停留周期t1可介于0秒与60秒之间，但其他持续时间也是可能的。使用中间停留温度可使热冲击最小化并防止薄的工件开裂。
在工件处于Tdwell时，可对周围环境供应氧气。在一个实施例中，在整个停留周期期间供应氧气。在另一实施例中，在停留周期开始时供应氧气并在停留周期结束之前关闭氧气。在另一实施例中，在停留周期开始之后供应氧气并在停留周期结束时或结束之前关闭氧气。在又一实施例中，可在停留周期期间的多个时间间隔中供应氧气。在停留周期期间供应氧气的持续时间也可变化。举例而言，可在整个停留周期t1或其任一部分期间供应氧气。此外，若在多个时间间隔中供应氧气，则这些时间间隔可具有相等的持续时间或可不具有相等的持续时间。
可以可获得的最大流动速率的任意流动速率供应氧气。此外，所供应的氧气的总量也可变化。
尽管图3A示出在停留周期t1期间温度保持恒定，但其他实施例也是可能的。举例而言，温度并非停留在一个恒定的温度下，而是温度斜升的斜率可变缓以使得温度在停留周期期间的升高速度比在初始温度斜升期间慢得多。举例而言，初始温度斜升可为1450℃/s。一旦温度达到Tdwell，则在停留周期期间此速率便可减慢至低至1℃/min的速率。在停留周期之后，温度斜升可返回至其初始速率，或可保持在较低的速率。因此，停留周期被定义为处于小于最大温度的温度或温度范围的时间周期，所述停留周期用于使工件适应升高的温度。如上所述，此停留周期可如图3A中所示处于恒定的温度，或可为具有减小的温度斜坡的持续时间。
在停留周期之后，温度可再次斜升直至其达到Tmax。如之前一样，温度变化的速率可接近1450℃/s，此类似于初始速率，但其他速率也是可能的。在一些实施例中，工件可保持在此最大温度Tmax达持续时间t2，其中t2小于10秒。在此时间周期期间，也可对周围环境供应氧气。如以上针对停留周期所述，可在此高台区的持续时间t2或其任一部分期间供应氧气。此外，可在一个时间间隔期间或多个时间间隔期间供应氧气。如在停留周期期间的情形一样，氧气的流动速率可变化且总体积也可变化。在一些实施例中，氧气可被提供作为唯一的周围气体。在其他实施例中，氧气可与其他气体或气体的混合物(例如但不限于，氮气与氩气)混合。
在温度高台区的持续时间过去之后，温度可以任何所需速率斜降至周围温度。
图3B示出第二实施例，所述第二实施例在初始温度斜升期间不具有所定义的停留周期。在此实施例中，在达到最大温度Tmax的持续时间t2期间，可对周围环境供应氧气。在一些实施例中，一旦工件达到最大温度，便可供应氧气。在其他实施例中，可在此高台区期间稍后的时间处供应氧气。如之前一样，可在整个温度高台区的持续时间t2期间或其任一部分期间供应氧气。此外，可在多个时间间隔中供应氧气，所述多个时间间隔可为相等或不同的持续时间。如上述情形一样，氧气的流动速率可变化，所引入的氧气的总体积也可变化。
在图3B的变形中，在初始斜升周期t3的一部分期间，可对周围环境供应氧气。在一个实施例中，可在温度达到特定温度(例如，至少550℃)之后的某一时间点处供应氧气。在另一实施例中，温度斜升可小于可获得的最大值以使得能够在延长的时间周期期间供应氧气。
如上所述，在某些实施例中，可在短的热处理的至少一部分期间供应氧气。氧气在周围环境中的存在可影响硼扩散出工件的速率。
在图3C中所示的又一实施例中，温度分布曲线可类似于图3B中所示的温度分布曲线，然而，Tmax处的高台区看起来类似于锯齿图案。在本实施例中，可以短的脉冲而非恒定的功率供应来补充热量以维持高台区温度(即最大温度Tmax)。此种方法可产生较低的总体功率消耗。
图4示出可用以执行图1及图2中所示的顺序的示例性装置。装置400可包括装载/卸载站450。在某些实施例中，装载/卸载站450可包括前开式通用晶圆盒(Front OpeningUniversal Pod，FOUP)。在一些实施例中，将多个工件设置于载具中。工件可被个别地自载具移除并放置于第一输送带440a上。第一输送带440a可将工件10自装载/卸载站450移动至装卸室420。第一输送带440a可以介于10cm/s与20cm/s之间的速度移动工件10，但也可使用其他速度。
装卸室420通常包括可密封的腔室，所述可密封的腔室具有第一进入点421及第二进入点422。通过打开第一进入点421并将工件10放置于所述可密封的腔室中，可将工件10放置于装卸室420中。然后将可密封的腔室抽气降压(pumped down)至接近真空条件。然后打开第二进入点422，并通常由安置于容纳有植入系统430的腔室中的基板搬运机器人移除工件10。工件10离开容纳有植入系统430的腔室时的过程则以相反的方式运作。
植入系统430不受本发明的限制。举例而言，植入系统430可为束线离子植入机(beam line ion implanter)。束线离子植入机具有产生离子束的离子源。此离子束被朝向工件引导。在一些实施例中，离子束经质量分析以使得仅具有所需质量/电荷的离子被朝向工件引导。在其他实施例中，离子束则不经质量分析，从而使所有离子均能够植入工件中。可视需要通过在离子束的路径中使用用以使离子束加速或减速的电极来控制离子束能量。离子束可呈带状束的形式，其中离子束的宽度远大于其高度。在其他实施例中，离子束可为点状束(spot beam)或扫描离子束(scanned ion beam)。离子源可为伯纳(Bernas)离子源，或可使用电感性耦合或电容性耦合来产生所需的离子。
作为另外一种选择，植入系统430可为等离子体腔室，其中工件安置于产生等离子体的同一腔室中。可使用射频源产生等离子体，但其他技术也是可能的。然后对工件施加偏压以自等离子体中朝工件吸引离子，从而将所需的离子植入于工件中。也可使用其他类型的装置来执行这些离子植入工艺。
在植入系统430完成植入工艺之后，使用装卸室420自腔室移除工件10。如上所述，在将工件10放置于装卸室420中之后，关闭第二进入点422并将气体引入至装卸室420中，以使可密封腔室返回至大气条件。在达到大气条件后，打开第一进入点421，且可移除工件10。工件10通过第二输送带440b被返送至装载/卸载站450。如同第一输送带440a的情形一样，工件10可以10cm/s至20cm/s的速度移动。
安置于第二输送带440b上方的可为加热源410及其相关联的光学器件411。加热源410可包括以连续波或脉冲模式运作的激光。在其他实施例中，加热源410可为一或多个红外灯。在其他实施例中，加热源410可为一或多个发光二极管。在某些实施例中，加热源410及相关联的光学器件411产生当工件10在第二输送带440b上移动时跨越工件10的整个一个尺寸进行延伸和/或扫描的射束。换言之，工件10可具有第一尺寸及第二尺寸，所述第一尺寸垂直于第二输送带440b的前进方向延伸(即，延伸至图4所示的页面中)，所述第二尺寸则沿第二输送带440b的移动方向延伸。在某些实施例中，加热源410产生长度至少与工件10的第一尺寸同样大的射束。由加热源410产生的射束可具有远小于工件10的第二尺寸的宽度。在某些实施例中，由加热源410产生的射束被脉冲化成使得工件10的所有部分暴露于所述射束。在其他实施例中，可恒定地激励(energized)所述射束。
在其他实施例中，加热源及相关联的光学器件产生小于工件10的第一尺寸的射束。在这些实施例中，相关联的光学器件411可在工件10沿着第二输送带440b移动时沿第一方向(即，进入及离开页面的方向)扫描射束。也可沿带移动方向执行所述扫描。来自加热源410的被聚焦的热量可用以将工件10的温度升高至图3A至图3C中所示的温度。
因此，在已被植入硼的工件10沿着第二输送带440b自植入系统430移动返回至装载/卸载站450时，工件10经受短的热处理。此外，由于工件10在第二输送带440b上安置于其后表面上，因此热量被引导至工件10的前表面，且硼自前表面扩散出并离开工件10。
尽管图4示出将工件10自装载/卸载站450携带至装卸室420的第一输送带440a、以及将工件10返送至装载/卸载站450的第二输送带440b，但其他实施例也是可能的。举例而言，每一输送带可能够沿两个方向运作。举例而言，第一输送带440a也可能够将工件10返送至装载/卸载站450。此外，输送带的数目不受本发明的限制。举例而言，可存在一或多个输送带。所有这些输送带或这些输送带的任意子集可能够将工件10自装卸室420返送至装载/卸载站450。在某些实施例中，各加热源410及其相关联的光学器件411安置于能够将工件10自装卸室420移动至装载/卸载站450的每一输送带上方。在其他实施例中，各加热源410及其相关联的光学器件411安置于能够将工件10自装卸室420移动至装载/卸载站450的至少一个输送带上方。
图5示出可供使用的装置500的另一实施例。与图4中所使用的组件相同的组件被赋予相同的参考指示符，且将不再予以赘述。在此实施例中，加热源510安置于装卸室420内而非安置于第二输送带440b上方。此加热源510可为一或多个加热灯，或可为激光或多个发光二极管。
在操作时，在处理之后将工件10放置于装卸室420中。在本实施例中，当装卸室420在其中安置有经植入的工件的情况下返回至大气条件时，可启动加热源510。在某些实施例中，对装卸室420泵入气体以使其返回至大气条件的时间最高可达10秒，从而使得短的热处理能够在此周期期间发生。在某些实施例中，在装卸室420返回至大气条件时，将氧气泵入装卸室420中。在其他实施例中，在装卸室420返回至大气条件时，将氧气及至少一种其他气体泵入装卸室420中。如此一来，在工件10经受短的热处理的同时将氧气引入至装卸室420中。
尽管本发明阐述了此方法在用于制造n型PERL太阳能电池时的用途，但所述方法可应用于各种工件，例如其中将硼植入至工件的至少一个表面中的n型PERT、IBC(interdigitated back contact，指交叉背接触式)及其他高效率太阳能电池。
本发明的装置及方法具有许多优点。首先，本发明方法避免了须对工件的表面应用保护涂层来避免硼向外扩散的污染。此可节约处理时间、提高生产量并降低成本。此外，本发明方法可被便捷地并入现有的半导体设备中。举例而言，在经处理的工件自腔室移除时，加热源可安置于装卸室中。作为另外一种选择，加热源可安置于将经处理的工件返送至装载/卸载站的输送带上方。此外，这些工艺的非平衡本质也可产生进一步的有益效果，例如工艺简化及改善。硼植入及下游处理的一个方面是移除与植入相关的缺陷。由于短的热处理采用相对高的处理温度(例如：最大温度Tmax)，因此尽管时间短，但短的热处理仍可能够消除与硼植入相关的缺陷并产生改善的射极性能，且进而改善太阳能电池性能。
本发明的范围将不受本文中阐述的具体实施例限制。事实上，通过上述说明及附图，除本文中所述的这些实施例以外的本发明其他各种实施例及对本发明的修改也将对所属领域的一般技术人员显而易见。因此，此类其他实施例及修改旨在落于本发明的范围内。此外，尽管本文中已在特定环境中在特定实施方式的上下文中出于特定目的阐述了本发明，但所属领域的一般技术人员将认识到，本发明的适用性并非仅限于此，且本发明可在任意数目的环境中出于任意数目的目的而被有利地实施。因此，上文所述的权利要求应考虑到本文中所述的本发明的整个广度及范围进行解释。
Claims (9)
1.一种处理工件的方法，其特征在于，包括：
将硼植入至所述工件的第一表面中；
在所述植入之后将所述工件返送至载具的同时，将所述工件暴露于短的热处理，使硼自所述工件的所述第一表面向外扩散；以及
在所述暴露之后，同时使所述工件与至少另一工件经受退火工艺，将所植入的硼驱入至所述工件中，修复由植入造成的损坏并将硼活化，其中所述退火工艺时，所述工件与所述至少另一工件堆叠于所述载具中，使得所述工件的前表面邻近所述至少另一工件的后表面。
2.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，在所述暴露期间对周围环境供应氧气。
3.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，在所述暴露期间对周围环境供应氧气及至少一种惰性气体。
4.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，所述短的热处理是使用激光来执行。
5.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，所述短的热处理是使用一或多个加热灯来执行。
6.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，所述短的热处理是使用一或多个发光二极管来执行。
7.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，还包括在所述暴露之前将氧植入至所述工件的所述第一表面中。
8.根据权利要求7所述的处理工件的方法，其特征在于，氧是与硼同时植入。
9.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其特征在于，所述短的热处理将所述工件加热至介于850℃与1450℃之间的温度。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562192896P | 2015-07-15 | 2015-07-15 | |
| US62/192,896 | 2015-07-15 | ||
| PCT/US2016/035749 WO2017011089A1 (en) | 2015-07-15 | 2016-06-03 | Method and apparatus for processing workpieces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107710423A CN107710423A (zh) | 2018-02-16 |
| CN107710423B true CN107710423B (zh) | 2021-01-12 |
Family
ID=57757356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201680038035.1A Expired - Fee Related CN107710423B (zh) | 2015-07-15 | 2016-06-03 | 处理工件的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180021393A (zh) |
| CN (1) | CN107710423B (zh) |
| TW (1) | TWI623041B (zh) |
| WO (1) | WO2017011089A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230241718A1 (en) * | 2022-01-31 | 2023-08-03 | Lawrence Livermore National Security, Llc | System and method for transformative interface/surface painting (trip) for arbitrary 3d surface/interface structures |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7828504B2 (en) * | 2006-05-12 | 2010-11-09 | Axcellis Technologies, Inc. | Combination load lock for handling workpieces |
| US20090165714A1 (en) * | 2008-01-01 | 2009-07-02 | Dongguan Anwell Digital Machinery Ltd. | Method and system for processing substrates in chambers |
| US20110027463A1 (en) * | 2009-06-16 | 2011-02-03 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Workpiece handling system |
| US8586460B2 (en) * | 2010-09-23 | 2013-11-19 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Controlling laser annealed junction depth by implant modification |
| US20120074117A1 (en) * | 2010-09-23 | 2012-03-29 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | In-situ heating and co-annealing for laser annealed junction formation |
| US8697559B2 (en) * | 2011-07-07 | 2014-04-15 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Use of ion beam tails to manufacture a workpiece |
| US9022715B2 (en) * | 2012-09-18 | 2015-05-05 | Applied Materials, Inc. | Load lock chamber designs for high-throughput processing system |
| US9196489B2 (en) * | 2013-01-25 | 2015-11-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ion implantation based emitter profile engineering via process modifications |
-
2016
- 2016-06-03 CN CN201680038035.1A patent/CN107710423B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2016-06-03 WO PCT/US2016/035749 patent/WO2017011089A1/en active Application Filing
- 2016-06-03 KR KR1020187004077A patent/KR20180021393A/ko not_active Application Discontinuation
- 2016-06-16 TW TW105118851A patent/TWI623041B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107710423A (zh) | 2018-02-16 |
| TW201703153A (zh) | 2017-01-16 |
| WO2017011089A1 (en) | 2017-01-19 |
| TWI623041B (zh) | 2018-05-01 |
| KR20180021393A (ko) | 2018-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4151008A (en) | Method involving pulsed light processing of semiconductor devices | |
| US8679959B2 (en) | High sensitivity photodetectors, imaging arrays, and high efficiency photovoltaic devices produced using ion implantation and femtosecond laser irradiation | |
| US8871619B2 (en) | Application specific implant system and method for use in solar cell fabrications | |
| US4522657A (en) | Low temperature process for annealing shallow implanted N+/P junctions | |
| US8778720B2 (en) | Laser firing apparatus for high efficiency solar cell and fabrication method thereof | |
| US10505069B2 (en) | Method for processing silicon material | |
| US11588071B2 (en) | Method for improving the performance of a heterojunction solar cell | |
| US8153466B2 (en) | Mask applied to a workpiece | |
| US4082958A (en) | Apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices | |
| US3950187A (en) | Method and apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices | |
| US20100304527A1 (en) | Methods of thermal processing a solar cell | |
| CN107710423B (zh) | 处理工件的方法 | |
| Bao et al. | Germanium pn junctions by laser doping for photonics/microelectronic devices | |
| US8586460B2 (en) | Controlling laser annealed junction depth by implant modification | |
| Young et al. | High‐efficiency Si solar cells by beam processing | |
| US8232114B2 (en) | RTP spike annealing for semiconductor substrate dopant activation | |
| TWI594446B (zh) | 用於處理太陽電池的方法及設備 | |
| WO2012040464A2 (en) | In-situ heating and co-annealing for laser annealed junction formation | |
| US20120322192A1 (en) | Method of defect reduction in ion implanted solar cell structures | |
| KR20140115306A (ko) | 광전지 제조 프로세스 | |
| JPH08148443A (ja) | 不純物のイオン注入方法 | |
| Oesterlin et al. | High throughput laser doping for selective emitter crystalline Si solar cells | |
| Greenwald | Excimer laser annealing to fabricate low cost solar cells. Quarterly technical report No. 3, October 1-December 31, 1984 | |
| Commission of the European Communities et al. | Status of ion-implanted silicon solar cells | |
| Christophersen et al. | Laser-induced diffusion for radiation detector development |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210112 |