JP6450372B2 - イオン注入装置のＳｉＣコーティング - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入、とくに、イオン注入装置内で発生する汚染を減少することに関する。

イオン注入は導電性改変不純物をワークピース（被加工材）に導入する標準技術である。所望の不純物材料はイオン源でイオン化し、このイオンを加速して所定エネルギーのイオンビームを形成し、このイオンビームをワークピースの表面に指向させる。イオンビームにおける活動的なイオンは被加工材のワークピース材料バルク内に貫入し、ワークピース材料の結晶格子内に埋設され、所望導電率の領域を形成する。

イオン注入は太陽電池をドープする実行可能な方法として実証されている。イオン注入の使用は、拡散炉のような既存技術に必要なプロセスステップを排除する。例えば、イオン注入を炉拡散の代わりに使用する場合、レーザー端縁分離ステップは排除することができ、なぜならイオン注入は所望表面のみをドープするからである。プロセスステップを排除することの他に、イオン注入を使用することにより、より高い電池効率が実証されている。イオン注入は、さらに、太陽電池の表面全体にわたるブランケット注入、又は太陽電池の一部に対する選択的（又はパターン化）注入を行う機能も提供する。イオン注入を用いる高処理能力での選択的注入は、炉拡散に使用されるコスト及び時間のかかるリソグラフィステップ又はパターン化ステップを回避する。選択的注入は、さらに、新しい電池設計を可能にする。

イオン注入に関連する問題の１つは、望ましくない汚染物が導入されることである。これら汚染物導入は太陽電池の効率又は動作を低下させる。したがって、これら汚染物発生を減少するいかなる技術又はシステムも有利となり得る。このことは、代替エネルギー源としての太陽電池採用を促進することができる。

イオン注入装置は、イオンに晒される１つ又は複数の導電性表面上に低抵抗率炭化ケイ素のコーティングを有する。例えば、イオンはイオン源チャンバ内で発生し、また壁の内部表面は低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。炭化ケイ素は硬くかつスパッタリングに対して耐久性があるので、イオン源チャンバから抽出されるイオンビーム内に導入される汚染イオンの量を減少することができる。幾つかの実施形態において、抽出電極も炭化ケイ素で被覆し、これら電極コンポーネントによって導入される汚染イオンを減少する。

一実施形態においてイオン注入装置を開示する。このイオン注入装置は、第１壁、第１壁に対向する導電性の第２壁、及び複数の導電性側壁を持ち、抽出開孔を第２壁に配置するイオン源チャンバを有するイオン源と、抽出開孔近傍でイオン源チャンバの外側に配置し、１個又は複数個の導電性電極を有する抽出電極アセンブリと、を備え、少なくとも１個の導電性コンポーネントを低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。

第２実施形態によりイオン注入装置を開示する。このイオン注入装置は、第１壁、第１壁に対向する導電性の第２壁、及び複数個の導電性側壁を持ち、抽出開孔を第２壁に配置するイオン源チャンバを有するイオン源と、各々が導電性側壁のそれぞれに対応する内部表面に当接配置して電気的に導通する複数の導電性の内張りと、抽出開孔近傍でイオン源チャンバの外側に配置し、１個又は複数個の導電性電極を有する抽出電極アセンブリと、を備え、少なくとも１個の導電性の内張り、第２壁の内部表面、及び抽出電極アセンブリを、低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。

第３実施形態によりイオン注入装置を開示する。このイオン注入装置は、各々が導電性側壁のそれぞれに対応する内部表面に当接配置して電気的に導通する複数の導電性グラファイトの内張りであり、内張りの各々は、イオン源チャンバの内部に対面する第１表面、及び第１表面とは反対側でそれぞれに対応する側壁に対面する第２表面を有し、第１表面を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、複数の導電性グラファイトの内張りと、抽出開孔近傍でイオン源チャンバの外側に配置する抽出電極アセンブリであり、１個又は複数個の導電性電極を有し、導電性電極の各々はそれぞれに対応する開孔を有し、導電性電極の各々における対応する開孔の包囲部分を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、抽出電極アセンブリと、を備え、低抵抗率炭化ケイ素は１Ωｃｍ未満の抵抗率を有する。

本発明をよりよく理解するため、参考として本明細書に組み入れる添付図面につき説明する。

本発明の第１実施形態によるイオン注入装置である。

これら方法はイオン注入装置に関連して説明する。しかし、これら方法は、半導体製造に関与する他のシステム及びプロセス、又はプラズマ若しくはイオンビームを用いる他のシステムで使用することができる。したがって、本発明は、以下に説明する特定実施形態に限定されない。

図１は、ドーパントイオンを太陽電池のようなワークピース１５０に導入するのに使用し得る代表的なイオン注入装置の断面を示す。これらドーパントイオンを使用して太陽電池に必要なエミッタ領域及びｐｎ接合を形成する。イオン注入装置１００はイオン源１１０を有する。イオン源１１０は、第１壁１１１及び反対側の第２壁１１２を有する。第１壁１１１及び第２壁１１２は複数個の側壁１１３，１１４によって共に接合することができる。イオン注入装置は断面で示すので、単に２個の側壁１１３，１１４のみを示す。しかし、任意な数の側壁、例えば、４個又はそれ以上の側壁を用いることもできる。これら側壁１１３，１１４は第２壁１１２に対して機械的及び電気的に結合する。これら側壁１１３，１１４は、さらに、第１壁１１１に対して機械的に結合する。これら壁１１１〜１１４はイオン源チャンバ１１５を画定する。

さらに、イオン源１１０は平面状の壁を有するボックスとして示したが、他の形態もあり得る。

代表的には、イオン源１１０は、イオン源１１０内でプラズマを発生し、ソースガスをイオン化するのに必要なエネルギーを供給するＲＦアンテナ又は間接加熱カソード（ＩＳＣ）のようなプラズマ発生器（図示せず）を有する。幾つかの実施形態において、プラズマ発生器はイオン源チャンバ１１５の外側で第１壁１１１の近傍に配置する。第１壁１１１は、誘電材料、例えば、酸化ケイ素で構成することができる。第２壁１１２及び側壁１１３，１１４は、導電性材料、例えば、金属又はグラファイトで構成し、共通バイアス電圧をこれら壁に印加できるようにする。換言すれば、イオン源チャンバ１１５は、第１壁１１１と、これに対向する導電性の第２壁１１２と、導電性の側壁１１３，１１４とにより形成することができる。

ソースガスをイオン源１１０に供給する。プラズマ発生器はプラズマを発生し、またこのソースガスのイオンを発生する。抽出開孔１１７を第２壁１１２に配置し、イオン源チャンバ１１５内で発生したイオンをこの抽出開孔１１７から抽出することができるようにする。

イオン源チャンバ１１５の外側で抽出開孔１１７近傍に、１個又は複数個の電極からなる抽出電極アセンブリ１３０を配置する。例えば、図１に示すように２個の電極、抽出電極１３０ａ及び抑制電極１３０ｂを抽出開孔１１７近傍に配置することができる。当然のことながら、抽出電極アセンブリ１３０は任意な数の電極を有することができ、この実施形態に限定されない。抽出電極アセンブリ１３０を構成する電極は導電性とし、代表的にはグラファイトから構成する。

動作にあたり、負のバイアス電圧を抽出電極１３０ａに印加し、イオン源チャンバ１１５からの正イオンを引き付ける。一般的には、異なるバイアス電圧を抑制電極１３０ｂに印加する。抽出電極１３０ａ及び抑制電極１３０ｂは、それぞれ対応する電極開孔１３１ａ，１３１ｂを有する。抽出電極開孔１３１ａ及び抑制電極開孔１３１ｂはそれぞれ抽出開孔１１７に整列させ、イオンを抽出電極アセンブリ１３０に向けて引き付けるようにする。これら引き付けられたイオンは電極１３０ａ，ｂに配置した電極開孔１３１ａ，ｂを通過する。これらイオンはワークピース１５０に衝突するイオンビーム１４０を形成する。

コストを低減するため、イオン源チャンバ１１５から退出してイオンビーム１４０を形成するイオンの質量分析と共通ではない。換言すれば、所望のドーパントイオンを含むが、チャンバ内の表面から発生したような汚染イオンも含むイオン源チャンバ１１５内で発生したイオン全体が、ワークピース１５０に衝突する。さらに、抽出電極アセンブリ１３０からの汚染物もイオンビーム１４０に含まれることがあり得る。

この理由から、イオン源チャンバ１１５の１つ又は複数の内部表面を内張りし、これら内部表面がプラズマに晒されるのを減少又は排除する。これら内張り１２０は、内部表面からの材料スパッタリングによって発生する汚染物を減少することができる。さらに、上述したように、内張り１２０を使用しないと、イオン源チャンバ１１５内の活動的なイオンがこれら内部表面に衝突し、これら内部表面から汚染物を剥脱させることになる。上述したように、イオン源１１０の第２壁１１２及び側壁１１３，１１４は導電性材料で形成することができる。したがって、これら壁の内部表面をカバーするのに使用する内張り１２０も導電性とする。これら内張り１２０は、側壁１１３，１１４のようなこれら壁の内部表面に当接配置して電気的に連通する。幾つかの実施形態において、これら内張り１２０は、約０.００１Ωｃｍの抵抗率を有するグラファイトから構成する。これら内張り１２０は、側壁１１３，１１４の内部表面全体に当接配置することができる。さらに、内張り１２０は第２壁１１２の内部表面の一部に配置することができる。内張り１２０を第２壁１１２に配置する場合、内張り１２０は抽出開孔１１７をカバーしない。

しかし、グラファイト内張り１２０を付加しても、依然として汚染イオンがワークピース１５０に衝突し得る。幾つかの実施形態において、これら汚染イオンは炭素を含む。これら炭素イオンはグラファイト内張り１２０又は電極１３０ａ，１３０ｂによって生ずる。

一般的には、炭化ケイ素は約１００Ωｃｍの抵抗率を有する。比較すると上述したように、グラファイトの抵抗率は約０.００１Ωｃｍである。したがって、従来の炭化ケイ素は、イオン源チャンバ１１５における第２壁１１２及び側壁１１３，１１４、並びに抽出電極アセンブリ１３０における電極のような導電性表面を必要とする用途には使用できない。

近年、材料科学の進展により、大きく抵抗率が減少した炭化ケイ素材料も可能になってきている。幾つかの実施形態において、この抵抗率は０.０１〜１Ωｃｍであり得る。グラファイトに近い導電率はないが、この低抵抗率炭化ケイ素は本明細書に記載の幾つかの用途に使用することができる。

例えば、一実施形態において、グラファイト内張り１２０を低抵抗率炭化ケイ素で被覆することができる。一実施形態において、低抵抗率炭化ケイ素は化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを用いてグラファイト内張り１２０に塗布する。この内張り１２０は、イオン源チャンバ１１５の内部に対面する第１表面と、側壁１１３，１１４に対面する反対側の第２表面とを有する。幾つかの実施形態において、低抵抗率炭化ケイ素は内張り１２０の両側の表面に塗布することができる。他の実施形態において、低抵抗率炭化ケイ素は、イオン源チャンバ１１５の内部に対面する内張り１２０の第１表面にのみ塗布する。低抵抗率炭化ケイ素をグラファイト製の内張り１２０に被覆した後、内張り１２０をイオン源チャンバ１１５の側壁１１３，１１４の内部表面に当接設置する。低抵抗率炭化ケイ素は比較的良好な導電率を有するので、依然としてバイアス電圧をこれらの内張り１２０に印加することができる。

幾つかの実施例において、イオン源チャンバ１１５の第２壁１１２の内部表面も低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。例えば、第２壁１１２はＣＶＤを用いて低抵抗率炭化ケイ素で被覆することができる。幾つかの実施形態において、第２壁１１２における両側の表面（すなわち、イオン源チャンバ１１５に対面する内部表面及び外部表面）をともに低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。幾つかの実施形態において、低抵抗率炭化ケイ素を第２壁１１２の内部表面における外縁には塗布しない。例えば、約２５.４ｍｍ（１インチ）の未被覆外縁を第２壁１１２の内部表面に配置する。このようにして、側壁１１３，１１４を第２壁に取り付けるとき、側壁１１３，１１４は、炭化ケイ素の介在層がなく、第２壁１１２に直接接触する。このことは、第２壁１１２と側壁１１３，１１４との間における電気的接続を改善するのに役立つ。他の実施形態において、側壁１１３，１１４は第２壁１１２を越えて突出させることができ、これにより、側壁１１３，１１４の内部表面の一部が第２壁１１２の端部に整列する。この実施形態において、側壁１１３，１１４の内部表面の一部は被覆又は内張りされない。したがって、炭化ケイ素は、第２壁１１２と側壁１１３，１１４とが取り付けられる領域には配置されない。幾つかの実施形態において、第２壁１１２の外部表面（すなわち、イオン源チャンバ１１５の外部側面）は低抵抗率炭化ケイ素で内張りしない。

このようにして、イオン源チャンバ１１５内部を起源とする汚染物は、イオン源チャンバ１１５を形成する壁の１つ又は複数の内部表面を被覆する低抵抗率炭化ケイ素の塗布によって減少することができる。幾つかの実施形態において、内張り１２０のみを低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。他の実施形態において、第１壁以外のすべての内部表面を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。

他の実施形態において、内張り１２０をイオン源チャンバ１１５に使用しない。その代わりに、低抵抗率炭化ケイ素を側壁１１３，１１４の内部表面に直接塗布する。しかし、いずれの実施形態においても、イオン源チャンバ１１５の内部（内張り１２０の第１表面又は壁１１３，１１４の内部表面）に最終的に対面する表面は、低抵抗率炭化ケイ素で被覆する。幾つかの実施例において、これら表面は内張り１２０とする。他の実施例において、これら表面は側壁１１３，１１４の内部表面とする。

幾つかの実施形態において、抽出電極１３０ａ及び抑制電極１３０ｂを低抵抗率炭化ケイ素で被覆することができる。幾つかの実施形態において、ＣＶＤプロセスを使用して電極１３０ａ，１３０ｂの双方の表面を被覆する。他の実施形態において、各電極１３０ａ，１３０ｂにおけるイオンビーム１４０に対面する表面にのみ被覆する。さらに他の実施形態において、電極１３０ａ，１３０ｂ双方の表面の一部を被覆するが、このコーティングは電極開孔１３１ａ，１３１ｂを包囲する領域に限定する。

図１はイオンビーム１４０を指向させる電極アセンブリ１３０を示すが、他の合焦素子を使用することもできる。これら合焦素子は電極又は他の構体を有することができる。図示しないが、これら合焦素子の１つ又は複数の表面を低抵抗率炭化ケイ素で被覆し、ワークピース１５０に衝突する汚染物の量を減らすようにすることができる。

炭化ケイ素は、硬さ及びエッチング又はスパッタリングに対する耐久性があることが知られていると記載した。しかし、本発明はこの材料に限定されない。例えば、これら用途で機能するのに、１Ωｃｍ以下の抵抗率を有するように変更した他の硬質材料を用いることができる。

このようにして、低抵抗率炭化ケイ素を用いて、イオン注入装置における１つ又は複数の導電性表面を被覆することによって、より高い純度のイオンビームを発生することができる。この低抵抗率炭化ケイ素は、スパッタリングに対してより耐久性があり、これによりその下側にある表面が発生するよりもより少ない汚染イオンしか発生しないようにすることができる。質量分析のないシステムにおいて、この汚染イオン減少は大いに有益である。

本発明は、本明細書に記載した特定実施形態によって範囲が限定されるものではない。実際、本明細書に記載した実施形態の外に、他の種々の実施形態及び本発明に対する変更例は、当業者には上述の説明及び添付図面から明らかであろう。これら他の実施形態及び変更例も本発明の範囲内に当たるものであることを意図する。さらに、本発明は特別な目的のための特別な環境での特別な実施形態の文脈で説明したが、当業者であれば、その有用性はそれら実施形態に限定されるものではなく、また本発明は任意な数の目的のために任意な数の環境で有利に実施することができる。したがって、以下に述べる特許請求の範囲は、本明細書に記載したように完全に広い本発明の範囲及び精神の観点から解釈すべきである。

Claims (14)

1. 第１壁、前記第１壁に対向する導電性の第２壁、及び複数個の導電性側壁を持ち、抽出開孔を前記導電性の第２壁に配置するイオン源チャンバを有するイオン源と、
   各々が前記導電性側壁のそれぞれに対応する内部表面に当接配置して電気的に連通する複数の導電性内張りと、
   を備え、
   前記導電性の第２壁、及び前記複数個の導電性側壁は、第１のバイアス電圧で連通し、
   少なくとも１個の前記導電性内張りを低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、イオン注入装置。
2. 前記低抵抗率炭化ケイ素は１Ωｃｍ未満の抵抗率を有する、請求項１記載のイオン注入装置。
3. 前記導電性の第２壁の内部表面を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項１記載のイオン注入装置。
4. 前記抽出開孔近傍で前記イオン源チャンバの外側に配置し、１個又は複数個の導電性電極を有し、前記導電性電極は、１つ又は複数の第２のバイアス電圧で連通し、前記イオン源チャンバからのイオンを前記抽出開孔を通って引き付ける抽出電極アセンブリを更に備え、
   前記１個又は複数個の導電性電極の表面を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項１記載のイオン注入装置。
5. 前記１個又は複数個の導電性電極の各々はそれぞれに対応する開孔を有し、前記１個又は複数個の導電性電極の内の少なくとも１個における前記対応する開孔の包囲部分を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項４記載のイオン注入装置。
6. 第１壁、前記第１壁に対向する導電性の第２壁、及び複数個の導電性側壁を持ち、抽出開孔を前記導電性の第２壁に配置するイオン源チャンバを有するイオン源と、
   前記抽出開孔近傍で前記イオン源チャンバの外側に配置し、１個又は複数個の導電性電極を有する抽出電極アセンブリと、
   を備え、
   前記導電性の第２壁、及び前記複数個の導電性側壁は、第１のバイアス電圧で連通し、前記１個又は複数個の導電性電極は、１つ又は複数の第２のバイアス電圧で連通し、前記第１のバイアス電圧と前記第２のバイアス電圧との間の電圧の差は、前記イオン源チャンバからの正イオンを前記抽出開孔を通って引き付けるのに役立ち、
   前記導電性の第２壁の内部表面、前記複数個の導電性側壁の内の１個の内部表面、及び前記抽出電極アセンブリの内の少なくとも１個を、低抵抗率炭化ケイ素で被覆し、
   前記低抵抗率炭化ケイ素は１Ωｃｍ未満の抵抗率を有する、イオン注入装置。
7. 各々が前記複数個の導電性側壁のそれぞれに対応する内部表面に当接配置して電気的に連通する複数の導電性内張りを、さらに備える、請求項６記載のイオン注入装置。
8. 前記複数の導電性内張りの各々は、前記イオン源チャンバの内部に対面する第１表面、及び前記第１表面とは反対側でそれぞれに対応する導電性側壁に対面する第２表面を有し、前記第１表面を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項７記載のイオン注入装置。
9. 前記導電性の第２壁の前記内部表面を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項６記載のイオン注入装置。
10. 前記１個又は複数個の導電性電極の表面を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項６記載のイオン注入装置。
11. 前記１個又は複数個の導電性電極の各々はそれぞれに対応する開孔を有し、前記１個又は複数個の導電性電極の内の少なくとも１個における前記対応する開孔の包囲部分を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項１０記載のイオン注入装置。
12. 第１壁、前記第１壁に対向する導電性の第２壁、及び複数個の導電性側壁を持ち、抽出開孔を前記導電性の第２壁に配置するイオン源チャンバを有するイオン源と、
    各々が前記導電性側壁のそれぞれに対応する内部表面に当接配置して電気的に導通する複数の導電性内張りであり、前記複数の導電性内張りの各々は、前記イオン源チャンバの内部に対面する第１表面、及び前記第１表面とは反対側でそれぞれに対応する導電性側壁に対面する第２表面を有し、前記第１表面を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、複数の導電性内張りと、
    前記抽出開孔近傍で前記イオン源チャンバの外側に配置する抽出電極アセンブリであり、１個又は複数個の導電性電極を有し、前記導電性電極の各々はそれぞれに対応する開孔を有し、前記１個又は複数個の導電性電極の内の少なくとも１個における前記対応する開孔の包囲部分を低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、抽出電極アセンブリと、
    を備え、
    前記低抵抗率炭化ケイ素は１Ωｃｍ未満の抵抗率を有し、
    前記導電性側壁は、第１のバイアス電圧で連通し、前記１個又は複数個の導電性電極は、１つ又は複数の第２のバイアス電圧で連通し、前記イオン源チャンバからのイオンを前記抽出開孔を通って引き付ける、イオン注入装置。
13. 前記導電性の第２壁の内部表面を前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆する、請求項１２記載のイオン注入装置。
14. 前記導電性の第２壁と前記導電性側壁とを取り付ける領域は、前記低抵抗率炭化ケイ素で被覆しない、請求項１３記載のイオン注入装置。

Images