TW201117393A - Masked ion implant with fast-slow scan - Google Patents

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201117393 j：〇y：>pii 六、發明說明： 【相關申請案】 本專利申請案主張2009年8月11日申請之第 61/232,821號美國臨時專利申請案的優先權，此案之全文 以引用的方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施例是關於元件製造領域。更特定而言， 本揭硌案疋關於利用蔽蔭遮罩（shad〇wmask)的離子植入 掃描方法。 【先前技術】 直ϋ用於將更改導電性的雜㈣人基板中的 之精確的摻雜罐相關聯的薄膜結構 料在離子源中㈣# & δ心之雜質材 怖離于源Μ離子化’所述離子經加速以 月匕量之離子束’且所述離 j規疋 述離子束中之高能離子渗入基板材所 板=晶格中以形成具有所需之導電性丄且丧入基 ，離子植人器可祕形成太 其它半導體元株夕；通吊使用用於 ，，彻。半導體;陽能而製 知分離經由將光子魏人半導 ^建料’所述電 二。此電場通常經由形成P.n接面（二電荷載流 述P-n接面是藉由半導體 ）而形成，所 反極性之雜質來摻雜半導體基板不之叫^而形成。使用相 4分（例如，表面 201117393 區）’形成可用作將光轉換為電之光伏打元件的p_n接面。 這些太陽能電池使用循環自然資源提供無污染、可平等獲 得的能量。歸因於環境問題及能量成本上寐，太陽能電^ 在全球變得愈加重要。降健造成本或提高這些高效能太 陽能電池之生產能核對高效能太陽能電池之其他效率改 ^將對在世·_實施域能電池具有積極影響。此將 實現此項清潔能源技術之更廣泛之可用性。 太陽能電池可能需要摻雜以改良效率。此可自圖i中 看出’圖1為選擇性發射極㈤ective emitter)太陽能電 池之橫截面圖。摻雜發射極可提高太陽能電池之效 率’且向觸‘點202下方的區域2〇1提供額外推雜劑。較重 度摻雜的區域201改良導電性，且觸點202之間的較少摻 雜改良電荷收集。觸點搬可侧隔_ 2至3麵。區 域201之寬度可僅為約5〇至3〇〇从爪。 a圖2為指叉背接觸（加触咖㈣⑺加⑽，肌） 電池之橫截面圖。在耽太陽能電池中，接面位於 =此電池之s面上。在此敎實施例巾，摻雜圖案為交 =^型摻雜劑區及n型摻雜劑區卞發射極2〇3及奸 ::=04可經摻雜。此摻雜可使得脱太陽能電池中的 接面此夠起作用或效率得到提高。 沾人Ϊί使祕加熱以使摻雜劑擴散進人太陽能電池中 陽綱朗絲料來摻雜太陽能電池。此做法使太 々月二：之各個區域無法得以精確摻雜，且若存在空隙、 或”物，則可能會發生非均—的摻雜。太陽能電池 201117393 35595pit 可受益於離子植入，因為離子植入使太陽能電池能得以精 確摻雜。然而’對太陽能電池之離子植入可能要求特定^ 雜劑圖案’或僅在太陽能電池基板之特定區域中植入^ 子。先前，已使用光阻及離子植入而實現對基板之僅特定 區域之植入。然而，因為涉及額外製程步驟，故使用光= 會為太陽能電池生產添加額外成本。太陽能電池表面上之 其它硬遮罩較昂貴’且同樣要求額外製程步驟。植入太陽 能電池之小區域以及在所植入之區域之間具有較低薄層電 阻（sheetresistance)以改良串聯電阻的做法存在優勢。以 上兩種做法皆可經由使用離子植入而實現。因此，此項技 術中需要一種經由蔽蔭遮罩進行植入的改良方法，且更特 定而言，需要一種在太陽能電池製造中使用蔽蔭遮罩的離 子植入知描方法。 【發明内容】 本發明之例示性實施例針對於一種在離子植入器中 將離子植入基板中的設備及方法。在例示性方法中，朝向 經組態以支撐目標基板之基板支撐件將離子束引導穿過蔽 蔭遮罩之小孔。所述基板的與所述遮罩之小孔對準的第一 部分暴露於離子束。當所述基板之第一部分暴露於所述離 子束時，所述基板支樓件相對於所述離子束以第一择描逮 率移動。所述基板的與所述遮罩之小孔對準的第二部分暴 露於離子束。當所述基板之第二部分暴露於所述離子束 時’所述基板支標件相對於所述離子束以第二掃描速率移 動’其中所述第-掃描速率及所述第二掃描速率是不同的。 201117393 在例示性實施例中’離子植入器包含離子源、束線總 成（beamiineassembly)、蔽蔭遮罩及掃描總成（似皿細 assembly》所述束線總成經組態以自離子源提取離子以形 成離子束，且朝向安置於基板支撐件上的基板引導所述離 子束。所述遮罩安置在所述基板的前方，且具有多個小孔 以允許離子束之相應部分朝向基板穿過遮罩。所述掃描總 成經組態以在所述基板之第一部分與所述多個小孔對準 時，相對於離子束以第一掃描速率移動所述基板，且在所 述基板之第二部分與所述多個小孔對準時，以第二掃描速 率移動所述基板。 【實施方式】 現在將在下文參看隨附圖式更全面地描述本發明，隨 附圖式中繪示本發明之較佳實施例。然而，本發明可以許 多不同形式體歡不舰_為限於本文+崎述的實施 例。實際上’提供這些實施例是為了本揭露案徹底且完整， 且將全面地將本發明之範_達給《此項技術者。在圖 式中，相同標號始終指代相同元件。 圖3A為包含離子源腔室120之離子植入器115之方 塊圖a。電源121將所要能量供應至源腔室120,源腔室120 經組態以產生特定物質之離子。經由-系列電極114自所 ，源提取所產生之離子，且所產生之離子形成為束仙， 穿過質量分析II磁體116。質量分析器 ^特定磁場，使得僅具有所要質糾之料㈣行進穿過 刀析器’從*在最大程度上傳輸穿過質量解析狹縫117。 201117393 35595ριί· 所要物質之離子自質量狹縫117穿過減速平臺us到達校 正器磁體119。校正器磁體119經供給能量以根據所施力^ 之磁場之強度及方向而使子束（beamlet)偏轉，以提供目 標朝向位於支撐件（例如，壓板）1〇2上之工件或基板 3B中的1〇〇)的帶狀束。在某些實施例中，第二減迷平: 122可安置於校正器磁體n9與支撐件1〇2之間。所述^ 子在與基板中的電子及原子核碰撞時失去能量，且基於加 速能量而保持於基板内之所要深度處。遮罩1〇4(圖3B中 所示）在遮蓋著壓板1〇2之處理腔室中接近基板（圖3b 中1〇〇處所示）而安置。遮罩1〇4可在本文中稱為蔽降或 近接遮罩（proximity mask)。遮罩具有多個小孔（圖^ 中的105)’所述多個小孔允許離子束之與小孔對準的部八 朝向基板行進’且阻擔離子束之未與小孔1()5對準的部分。 離子束101在朝向基板行進（在z方向上）時其刀 (YjT向）小於寬度（X方向）。由於所述離子束的高度= 於寬度’故所述基板僅有一部分暴露於離子束。 了掃描整個基板，離子束1G1 (隨之為遮罩刚）必須相= 於基板移動，或基板必須相對於離子束而移動。然而、 若離子束及鮮軸續掃絲板的表面 雜的冷卻 及接地連接必财㈣已非常珍貴的處雜室巾 掃描移動。因此’使基板相對於離子束1〇1移動 掃描總成隐麵合至壓* 102，且經組態以相對於ς 而移動基板。具體而言，當所述基板之第—部分血所 個小孔對科’所述聽總成料—触鱗軸所述基 201117393 小孔對準時，以 ，，且當所述基板之第二部分與所述多個 第二掃描速率移動所述基板。 掃描總成用於在離子束將所要之軒 方向上以可變速度移動基板。或者，二= 在離子束將所要之離子劑量植人基板上時在X方向以可 變速度移動餘。㈣方式，掃贿度可減慢以在臭板之 特定部分處㈣較長_，從而重度雜域ς 3二=夫移動以駐留較短時間，從而輕度摻雜電池 之所暴露發射極區。 圖3Β為經由遮罩之植入的橫截面圖。當在基板工㈧ 中需要特定離子植人瞧時，可在離子束1()1之^徑中將 遮罩104放置在基板100前方。此遮罩1〇4可為蔽备或近 接遮罩。基板100可例如為放置於壓板102上的太陽能電 池。用於太陽能電池之典型基板非常薄，常為約3〇〇微米 厚或更薄。使用靜電或物理力將基板1〇〇保持於壓板1〇2 上的適當位置。雖然未要求，但基板在χ方向上之寬度較 佳小於離子束101之寬度。然而，關於基板之正交方向， 此類限制並非較佳。 遮罩104具有對應於所要離子植入圖案之一或多個小 孔105。使用蔽蔭遮罩1〇4可無需其它離子植入技術所需 要之諸如網版印刷或微影等處理步驟。如先前所陳述，在 太1¼能電池之接觸部分下（諸如，參看圖丨中的區域2〇1) 具有較高掺雜劑程度是一優勢。雖然論述了選擇性發射極 太陽能電池，但此方法之實施例可應用於其它太陽能電池 201117393 設計。點接觸將使金屬與矽的接觸面積最小。對於這些點 接觸，摻雜劑應位於觸點202下方，以提供電場夾:链 點免受少數載流子影響。摻雜劑必須定位於此，因為$ 推雜區在可能存在於觸點202之間的純化表面下方是^ 的。 σ 可藉由經由在其上具有點之遮罩而摻雜點接觸。然 而，具有此摻雜結構之太陽能電池之串聯電阻仍可能受 觸點202之間的摻雜劑的量限制。在經由遮罩咖的植入 中，當掃描基板100時，遮罩1〇4必須與基板1〇〇 一起行 進。如上文所提及，此移動增加對遮罩104進行冷卻及接 °另外’具有小孔1〇5之遮罩1〇4將阻擔大量離 子束103，結果會降低生產率及元件產量。 束loftr/、孔105之固定遮罩104經組態以覆蓋離子 声义（γ方向）。此例如可為帶狀離子束101之高 t崎描之離子束簡之最大及最小垂直範圍。此設叶 m :=\置二:=諸如為掃描離子束 度（例如，X方向、。益+向）或▼狀離子束101之長度維 第二維度(諸如° 變基板100之掃描速度而提供 圖_⑽的方向）上的位置界定。 且有七伽I祕遮罩404之前方透視圖，所述蔽陰遮罩彻 =24°5’且相對於離子束101是固定的丄， 僅限於1個Γ)°雖然圖示了七個小孔405 ’但遮罩404不 如離子束1()1^ 4^5 ’其它數目亦為可能的。離子束（諸 )在正個植入過程期間入射於遮罩404上， 201117393 且遮罩404相對於此離子束是靜止或固定的。絲i〇〇在 遮罩404後方受到掃描。遮罩的在小孔4〇4之間界定的部 分4〇元及在遮罩的末端處界定的部分405b及405c阻擋離 子束植入基板100上。 圖5為例示性基板之對應掃描速率曲線之實例。此速 率曲線使基板100以第一速度在速率曲線之較大百分比期 間移動，但當離子束1〇1位於基板1〇〇上之五個均勻間隔 的位置中之每一位置上時，基板1〇〇減慢至第二速度。具 體而言，基板1〇〇在tN與心-]之間界定的由元件符號501 表示的例示性時間間隔期間，以第一速度Si移動。基板 100之移動速度在與tN·2之間界定的由元件符號表 示的例示性時間間隔期間’改變為速度心。由於S1的掃描 速度慢於掃描速度S2，故在速度S2下，基板100之表面上 的來自離子束101之離子的劑量率將較低，因為基板較快 速移動穿過離子束。因此，歸因於較高掃描速度S1，植入 於基板100上的這五個位置（由501表示）之間的劑量將 低於基板上的五個位置（由500表示）處的劑量。此可用 於將基板之較高劑量率位置與例示性太陽能電池上的點金 屬接觸對準。 ” ^ 圖6A至圖6E說明對應於圖5之速率曲線的植入方法 的結果。在圖6A中，離子束101在第一位置中經由遮罩 404中的小孔405植入基板1〇〇。較低劑量區對應於圖 5之速率曲線中掃描速度較快（Sl)的部分。在圖6B中， 離子束1〇1在第二位置中經由遮罩.404中的小孔4〇5進行 11 201117393 植入’其中較高劑量植入區600對應於速率曲線中具有較 f艾知描速度（S2)的部分。因此，圖6B說明來自第一位 置的較高劑量植入區600、較低劑量植入區6〇1及對應於 遮罩的在小孔405之間的區域405a的未摻雜區6〇2。 基板100可在遮罩404後方連續受到掃描。然而，如 圖5中所見，與基板100之較低劑量區601相比，當離子 束101正植入較高劑量植入區600，基板1〇〇以第二速度 較慢地掃描。因此，與在圖6A至圖6B中所圖示的第一位 置與第一位置中進行植入時相比’基板1〇〇在第一位置與 第二位置（未圖示）之間以第一速度較快地移動。由於遮 罩相對於離子束1〇1是固定的，故不需要在掃描基板期間 使遮罩與基板一起移動，此做法尤其在較低劑量程度提供 了增加的製造產量。 圖6C至圖6E代表在基板1〇〇在例示性γ方向上移 動時在分別對應於基板100之若干部分的第三位置、第四 位置及第五位置中經由遮罩4〇4中的小孔4〇5植入離子束 101的結果。圖7為由圖6A至圖6E中所圖示的植入方法 產生的基板的前方透視圖。如圖7中所圖示， 申形成-㈣較高縫植人區_，且麵高基; 入區之間具有較低劑量植入區6〇1。未摻雜區6〇2對應於 在小孔405之間的遮罩部分4〇5a、4〇5b及她後方及遮 罩404之外圍處對準的基板部分。較高劑量區綱可對應 於太陽能電池中將要在金屬化步雜期間添加的點接觸 於遮罩404在圖6A至圖6E中是靜止或固定的，故此做法 12 201117393 使冷卻及接地連接較簡單，因為遮罩4〇4未如基板ι〇〇 一 般移動。此做法亦可改良遮罩404之冷卻及接地連接的效 率及可靠性。 可藉由蔽蔭遮罩（諸如遮罩104)生產圖7之基板 100 ’所述祕遮罩與基板⑽一起掃描。然而，整個基板 100將必須隨著圖6A至圖6E中所示之每一植入步驟而在 相同量的時間中保持於離子束1G1中。此意謂執行植入所 需之離子束如劑量將增加Sh/((Bh)⑻)倍，其中&為基板 100之高度、Bh為離子束101之高度，且n為較高劑量植 入區600之列數（number 〇f r〇ws)。對於4随高度之離 子束101 ’ 156 mm兩度之基板100及四列較高劑量植入區 600，使用圖6A至圖6E中所圖示之方法的總劑量將比使 遮罩104之植入方法低十倍。此降低的劑量使得產 置提高且生產成本降低。此降低的劑量亦可使姻 的熱負荷減少。 較高劑量植入區600之間的較低劑量植入區6〇1 低任何所得太陽能電池之㈣t阻。多輯辭必須 生地帶輸送至_，料些錢子在輸關間所遭遇之 =太陽，電池之輸出減少。對於源自接觸點之間的多數 、仇子而a，觸點之間的略微較高劑量將使電阻降低。此 故法可使太陽能電池中的内部串聯電阻較佳。 本，露案在顧上不受本文中所描述的特定實施例 ^卜實際上，除了本文中所描述的實施例及修改之外， 一1此項技術者藉由上文描述及隨_式將明白本揭露案 13 201117393 35595pif 之”他各種實施例及對其的修改。 及修改意欲屬於太摞命安夕价阁# 听迷其匕貫施例 之 了 |揭=目的在狀環境巾進行特定實_情境下描述 於此且^此項技術者將認識到’其有用性不限 實施本的目的在任何數目的環境中有益地 全11此，可#於本文中所描述之本揭露案 卩廣度及精神而解釋下文陳述的申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為選擇性發射極太陽能電池之横截面圖。 Q 2為#曰又背接觸太陽能電池之橫截面圖。 圖3Α為根據本揭露案之一實施例之代 器的方塊圖。 雕于植入 圖3β為經由蔽蔭遮罩之離子植入的横截面圖。 圖4為蔽蔭遮罩之前方透視圖。 圖5為根據本揭露案之一實施例之基板的速率曲線的 實例。 圖6Α至圖6Ε代表根據本揭露案之一實施例的對應於 圖5之速率曲線的植入方法。 ，、 圖7為根據本揭露案之一實施例的由圖6Α至圖6Ε中 所說明之植入方法而產生的基板的前方透視圖。 【主要元件符號說明】 100 :基板 101 ·離子束 102 :支撐件

201117393. d y y yjiL 102a :掃描總成 104、 404 :遮罩 105、 405 :小孔 114 :電極 115 :離子植入器 116 :質量分析器磁體 117 :質量解析狹缝 118 :減速平臺 119 :校正器磁體 120 :源腔室 121 :電源 122 :第二減速平臺 200 :發射極 201 :區域 202 :觸點 203 : P+發射極 204 : n+背面場 405a、405b、405c :部分 500、501 :時間間隔 600 :較高劑量植入區 601 :較低劑量植入區 602 :未摻雜區

Sr 15

Claims (1)

1. 201117393 七、申請專利範圍： 1. 一種將離子植入至太陽能電池基板中的方法，勺 朝向經、组態以支撐目標基板之基板支撑件 引導穿過蔽蔭遮罩之小孔； 于采 將所述基板的第-部分暴露於所述離子束 部與所述蔽蔭遮罩之所述小孔對準； ^ 當所述基板之所述第一部分暴露於所述離子 所述基板讀件相對於所述離子束以第—掃描速率移動 將所述基板的第二部分暴露於所述離子束 部分與所述遮罩之所述小孔對準；以及 a弟一 當所述基板之所述第二部分暴露於所述離子 剔ί相對於所述離子束以第二掃描逮率移動 ”中所遠第-掃描速率慢於所述第二掃描速率。 能電鄕㈣1項所叙㈣子植人至太陽 池的材二+法’其中所述基板是用於形成太陽能電 =材枓，所述第-掃描速率對應於所述太陽能電池的點 3·如申請專利範圍第1項所述之將離子植入至太陽 能電池基板中的方法，Mb _千植入至太& 定位所述㈣遮罩。 相對於所述離子束而固定地 4.如申咕專利範圍第3項所述之將離 能電池基板中的方法，其中相偏^之將離子植入至油 而固定所述蔽陰遮罩相對於所述離子束的第一維度 201117393 能電池基财4顧狀㈣子植入至太陽 基板上掃描所_子束更包括對應於所述第—維度在所述 5項所叙絲子植人至太陽 法’其中所述I維度對應於所述離子 —7也5項观之將料植入至太陽 方法’其中所述第—維度對應於所述離子 _電、也第1項所述之㈣子植入至太陽 此電池基板巾的方法，更包括姉 交地對準所述祕料。 正 料1韻叙鶴子植人至太陽 :=ΪΙΓ其為所述遮罩提供小孔，所述小孔 的向度尺寸大於所述離子束的高度尺寸。 10. -種將離子植入至基板中的方法包括· 朝向經組態以支撐目標基板之 引導穿過祕鮮之多個小孔； 文冊將離子束 對應於所述蔽陰遮罩之所述多個小孔 第一部分暴露於所述離子束； 、、當所述絲之所述第-部分暴露於所祕子束時，使 所述基板支撐件相對於所述離子束以第一速率移動· 對應於所述蔽_罩之所述多個小孔，將^基板的 的第二部分暴露於所述離子束；以及 17 s 201117393 35595pif ，所述基板之所述第二部分暴 所述基板讀件树於所卿 束…使 所述第-掃财率快於賴第二Hi轉移動，其中 板中圍第10項所述之將離子植入至基 板中的m包括切述基板的所述第 二部分暴露賊述料束時，阻#所物子=_ ，的第三部分，所述第三部分與所述_遮罩的位於： 多個小孔之間的區域對準。 、 項所述之將離子植入至基 離子束的路徑正交地對準 12.如申請專利範圍第1〇 板中的方法’更包括相對於所述 所述蔽蔭遮罩。 13.如中請專魏@第1G項所述之將離子植入至基 板中的方法’更包括姆於騎離子束㈣定地粒 蔽蔭遮罩。 14.如申請專利範圍帛1〇項所述之將離子植入至基 板中的方法’其中所述第二掃描速率對應於太陽能電池的 點接觸。 15. —種用於植入基板的離子植入器，所述基板是用 於形成太1%能電池的材料，所述離子植入器包括： 離子源； 束線總成，經組態以自所述離子源提取離子以形成離 子束，且朝向安置於基板支撐件上的基板引導所述離子束； 遮罩，安置在所述基板的前方’所述遮罩具有多個小 孔’以允許所述離子束之相應部分朝向所述基板穿過所述 201117393 遮罩；以及 掃描總成’經組態以當所述基板 相對於所述離子束以第“： 广板支#件’且#所述基板之第二部分與 掃描速率移動所述基板支撐件’其中所述 率對應i所述=:===率，且所述第二掃描速 所、才、雜工ΐ申叫專利辜巳圍第14項所述之離子植入器，其中 小^高度尺寸，所述小孔的長度對應於所述 申叫專利㈣第14項所述之離子植入器，更包 ΐ ’所述冷卻子總成連接至所舰_罩以用 於維持所述敝蔭遮罩的溫度。 所、申請專利範圍第14項所述之離子植入器，其中 =-掃描速率慢於所述第二掃描速率，所述基板的所 it部分與所述基板的所述第二部分相比具有來自所述 離子束的較高劑量率的離子。 20.如申請專利範圍第18項所述之離子植入器，其中 =基板是用於形成太陽能電池的材料，且所述基板的所 建第-部分對應於所述太陽能電池中的點接觸。