TW201517132A - 離子植入機中的ｓｉｃ鍍膜 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種離子植入機，其在一或多個暴露於離子的導電表面上具有低電阻率碳化矽鍍膜。舉例來說，離子在離子源室中產生並且壁的內表面鍍有低電阻率碳化矽。由於碳化矽是硬性並且耐濺鍍的，這可以減少引入到從離子源室提取的離子束中的污染物離子的量。在一些實施例中，提取電極也鍍有碳化矽以減少由這些組件引入的污染物離子。

Description

離子植入機中的SIC鍍膜

本發明涉及離子植入並且更具體地說涉及減少在離子植入機中產生的污染物。

離子植入是一種用於將改變導電率的雜質引入到工件中的標準技術。所需的雜質材料在離子源中經電離，所述離子經加速以形成規定能量的離子束，並且使離子束指向工件的表面。離子束中的高能離子穿透到工件材料的主體中並且嵌入到工件材料的晶格中以形成具有所需導電性的區域。

離子植入已經證實為一種用來摻雜太陽能電池的可行的方法。使用離子植入去除現有技術所需的方法步驟，如擴散爐。舉例來說，如果使用離子植入代替爐擴散，那麼可以去除鐳射邊緣隔離步驟，因為離子植入將僅僅摻雜所需的表面。除了去除方法步驟以外，使用離子植入已證實更高的電池效率。離子植入還提供執行太陽能電池的整個表面的覆蓋植入或僅僅太陽能電池的一部分的選擇性(或圖案化)植入的能力。使用離子植入在高通量下的選擇性植入避免了用於爐擴散的昂貴和耗時的微影或圖案 化步驟。選擇性植入還能實現新的太陽能電池設計。

與離子植入相關的一個問題可能是引入不合需要的污染物。這些污染物可能減少太陽能電池的效率或操作。因此，減少這些污染物的產生的任何技術或系統可能是有利的。這可以加速採用太陽能電池作為替代性能量來源。

離子植入機在一或多個暴露於離子的導電表面上具有低電阻率碳化矽鍍膜。舉例來說，離子在離子源室中產生並且壁的內表面鍍有低電阻率碳化矽。由於碳化矽是硬性並且耐濺鍍的，這可以減少引入到從離子源室提取的離子束中的污染物離子的量。在一些實施例中，提取電極也鍍有碳化矽以減少由這些組件引入的污染物離子。

在一個實施例中，揭露離子植入機。離子植入機包括離子源，所述離子源包括具有第一壁、相對的導電第二壁以及多個導電側壁的離子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；以及經安置而接近提取孔口並且在離子源室外的提取電極組件，所述提取電極組件包括一或多個導電電極；其中至少一個導電元件鍍有低電阻率碳化矽。

根據第二實施例，揭露離子植入機。離子植入機包括離子源，所述離子源包括具有第一壁、相對的導電第二壁以及多個導電側壁的離子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；多個導電襯墊，每一個與導電側壁的相應的內表面相對安置並且與其處於電聯通；以及經安置而接近提取孔口並且在離子源室外的提取電 極組件，所述提取電極組件包括一或多個導電電極；其中導電襯墊、第二壁的內表面以及提取電極元件中的至少一個鍍有低電阻率碳化矽。

根據第三實施例，離子植入機包括離子源，所述離子源包括具有第一壁、相對的導電第二壁以及多個導電側壁的離子源室，其中提取孔口安置在第二壁中；多個導電石墨襯墊，每一個與導電側壁的相應的內表面相對安置並且與其處於電聯通，每一個襯墊包括面向離子源室的內部的第一表面和面向相應的側壁的相對的第二表面，其中第一表面鍍有低電阻率碳化矽；以及經安置而接近提取孔口並且在離子源室外的提取電極組件，所述提取電極元件包括一或多個導電電極，每一個具有相應的孔口，其中圍繞相應的孔口的每一個電極的一部分鍍有低電阻率碳化矽；其中低電阻率碳化矽具有小於1歐姆-釐米的電阻率。

100‧‧‧離子植入機

110‧‧‧離子源

111、112、113、114‧‧‧壁

115‧‧‧離子源室

117‧‧‧提取孔口

120‧‧‧襯墊

130‧‧‧電極組件

130a、130b‧‧‧電極

131a、131b‧‧‧電極孔口

140‧‧‧離子束

150‧‧‧工件

為了更好地理解本發明，將參考附圖，其以引用的方式併入本文中並且其中：圖1是根據第一實施例的離子植入機。

這些方法結合離子植入機描述於本文中。然而，這些方法可以與涉及半導體製造的其他系統和方法或使用電漿或離子束的其他系統一起使用。因此，本發明不限於下文描述的具體實施 例。

圖1繪示代表性離子植入機的橫截面，其可用以將摻雜離子引入到工件150(如太陽能電池)中。這些摻雜離子用以形成太陽能電池中所需的發射極區域和p-n接面。離子植入機100包含離子源110。離子源110可以包括第一壁111和相對的第二壁112。第一壁111和第二壁112可以由多個側壁113、側壁114接合在一起。由於離子植入機繪示於橫截面中，因此僅僅繪示兩個側壁113、側壁114。然而，也可以採用任何數目的側壁，如四個或大於四個。這些側壁113、側壁114以機械方式和以電氣方式耦合到第二壁112。這些側壁113、側壁114同樣以機械方式耦合到第一壁111。這些側111至側114的內表面限定離子源室115。

此外，儘管離子源110經繪示為具有尺寸平面壁的框體，其他配置也是可能的。

通常，離子源110具有電漿發生器(圖中未示)，如射頻天線(RF antenna)或間接加熱的陰極(indirectly heated cathode；ISC)，其供應所需的能量以於離子源110內產生電漿和電離源氣體。在一些實施例中，電漿發生器經安置而接近第一壁111，位於離子源室115的外側上。第一壁111可以由介電材料(如氧化矽)構建。第二壁112和側壁113、側壁114可以由導電材料(如金屬或石墨)構建，以便可以將共偏壓施加到這些壁上。換句話說，離子源室115可以由第一壁111、相對的導電第二壁112以及導電側壁113、導電側壁114組成。

將源氣體饋送到離子源110中。電漿發生器產生電漿並且產生此源氣體的離子。提取孔口117可以安置在第二壁112上， 以便離子源室115內產生的離子可以通過此提取孔口117提取。

安置在離子源室115外、接近提取孔口117的是包括一或多個電極的提取電極組件130。舉例來說，如圖1所示，兩個電極：提取電極130a以及抑制電極130b可以安排成接近提取孔口117。當然，提取電極元件130可以包括任何數目的電極並且不限於此實施例。構成提取電極元件130的電極可以是導電的並且通常是由石墨構建。

在操作中，將負偏壓施加到提取電極130a，其從離子源室115吸引正離子。通常將不同偏壓施加到抑制電極130b。提取電極130a和抑制電極130b每一個具有安置在其中的相應的電極孔口131a、電極孔口131b。提取電極孔口131a和抑制電極孔口131b每一個與提取孔口117對準，以便朝向提取電極組件130吸引離子。這些吸引的離子接著穿過安置在電極130a、電極130b中的電極孔口131a、電極孔口131b。這些離子形成離子束140，其衝擊工件150。

為了降低成本，可能常見的是，不會對離開離子源室115並且形成離子束140的離子進行質量分析。換句話說，所有產生於離子源室115中的離子，其包含所需的摻雜離子，但是還可以包含污染物離子(如從室內的表面產生的那些)衝擊工件150。此外，來自提取電極元件130的污染物也可以包含於離子束140中。

出於這個原因，離子源室115的一或多個內表面可經加襯(lined)以便減少或消除那些內表面暴露於電漿。這些襯墊120可以減少由來自這些內表面的材料濺鍍產生的污染物。此外，如上文所描述，在不使用襯墊120的情況下，離子源室115內的高 能離子可能衝擊這些內表面並且致使污染物變得從這些表面分離。如上文所陳述，離子源110的第二壁112和側壁113、側壁114可以由導電材料製成。因此，用以覆蓋這些壁的內表面的襯墊120也可以是導電的。這些襯墊120與這些壁(如側壁113、側壁114)的內表面相對安置並且與其處於電聯通。在一些實施例中，這些襯墊120是由石墨構建，所述石墨具有約.001歐姆-釐米(單位：ohm-cm)的電阻率。這些襯墊120可以與側壁113、側壁114的所有內表面相對安置。此外，襯墊120可以安置在第二壁112的內表面的一部分上。如果襯墊120安置在第二壁112上，那麼襯墊120不覆蓋提取孔口117。

然而，已經發現，甚至在添加石墨襯墊120的情況下，污染物離子仍可能衝擊工件150。在一些實施例中，這些污染物離子可以包括碳。這些碳離子可能由石墨襯墊120或電極130a、電極130b產生。

通常，碳化矽具有約100歐姆-釐米的電阻率。相比之下，如上文所陳述，石墨的電阻率是約.001歐姆-釐米。因此，傳統的碳化矽不能用於需要導電表面的應用中，如離子源室115中的第二壁112和側壁113、側壁114，以及提取電極組件130中的電極。

最近，材料科學中的進展已經使得具有大大降低的電阻率的碳化矽材料成為可能。在一些實施例中，此電阻率可以在.01歐姆-釐米與1歐姆-釐米之間。儘管遠不如石墨一樣導電，此低電阻率碳化矽可以用於本文所描述的一些應用中。

舉例來說，在一個實施例中，石墨襯墊120可以鍍有低電阻率碳化矽。在一個實施例中，使用化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)方法將低電阻率碳化矽塗覆到石墨襯墊120。襯墊120具有面向離子源室115的內部的第一表面和面向側壁113、側壁114的相對的第二側。在一些實施例中，可以將低電阻率碳化矽塗覆到襯墊120的兩個表面。在另一個實施例中，僅僅將低電阻率碳化矽塗覆到面向離子源室115的內部的襯墊120的第一表面。在將低電阻率碳化矽鍍敷到石墨襯墊120上之後，抵著離子源室115的側壁113、側壁114的內表面安裝襯墊120。 由於低電阻率碳化矽具有相對良好的導電性，仍然能夠將偏壓施加到這些襯墊120。

在某些情況下，離子源室115的第二壁112的內表面也鍍有低電阻率碳化矽。舉例來說，可以使用CVD使第二壁112鍍有低電阻率碳化矽。在一些實施例中，第二壁112的兩個表面(即面向離子源室115的內表面和外表面)都鍍有低電阻率碳化矽。在一些實施例中，低電阻率碳化矽沒有塗覆到第二壁112的內表面的外邊界。舉例來說，約1英寸的未鍍敷邊界可以安置在第二壁112的內表面周圍。以這種方式，在無碳化矽中間層的情況下，當側壁113、側壁114連接到第二壁112時，側壁113、側壁114與第二壁112直接接觸。這可以幫助改進第二壁112與側壁113、側壁114之間的電連接。在其他實施例中，側壁113、側壁114可以延伸超出第二壁112，以便側壁113、側壁114的內表面的一部分與第二表面112的末端緊密結合。在這個實施例中，側壁113、側壁114的內表面的部分可以不經鍍敷或加襯。因此，不將碳化矽安置在第二壁112與側壁113、側壁114連接的區域中。在一些實施例中，第二壁112的外表面(即離子源室115的外側)可以 不以低電阻率碳化矽加襯。

因此，可以藉由在構成離子源室115的壁的一或多個內表面上塗覆低電阻率碳化矽鍍膜來減少來源於離子源室115內的污染物。在一些實施例中，僅僅襯墊120鍍有低電阻率碳化矽。在其他實施例中，僅僅鍍敷第二壁112的內側。在其他實施例中，除了第一壁之外的所有內表面都鍍有低電阻率碳化矽。

在其他實施例中，在離子源室115中沒有使用襯墊120。替代的是，將低電阻率碳化矽直接塗覆到側壁113、側壁114的內表面。然而，在兩個實施例中，最終面向離子源室115的內部的表面(其可以是襯墊120的第一表面或壁113、壁114的內表面)鍍有低電阻率碳化矽。在某些情況下，這些表面可以是襯墊120。在其他情況下，這些表面可以是側壁113、側壁114的內表面。

在一些實施例中，提取電極130a和抑制電極130b可以鍍有低電阻率碳化矽。在一些實施例中，使用CVD方法鍍敷電極130a、電極130b的兩個表面。在另一個實施例中，僅僅鍍敷面向離子束140的每一個電極130a、電極130b的表面。在又一個實施例中，鍍敷電極130a、電極130b的兩個表面的一部分，然而，此鍍膜限於圍繞電極孔口131a、電極孔口131b的區域。

雖然圖1繪示電極元件130以引導離子束140，但也可以採用其他聚焦元件。這些聚焦元件可以包含電極或其他結構。儘管未示出，但這些聚焦元件的一或多個表面可以鍍有低電阻率碳化矽以減少撞擊工件150的污染物的量。

由於碳化矽因其硬度和對蝕刻或濺鍍的耐性而出名，因此描述碳化矽。然而，本發明不限於這種材料。舉例來說，能夠 採用可以經修改以便具有1歐姆-釐米或小於1歐姆-釐米的電阻率的其他硬質材料以便在這些應用中執行。

因此，可以藉由使用低電阻率碳化矽在離子植入機中鍍敷一或多個導電表面來產生更高純度離子束。這種低電阻率碳化矽可以更耐濺鍍，進而比另外將產生污染物離子的底層表面產生更少污染物離子。在沒有質量分析的系統中，這種在污染物離子方面的減少可以是非常有益的。

本發明的範圍不應受本文所描述的具體實施例限制。實際上，根據以上描述和附圖，除本文所描述的那些實施例和修改以外，本發明的其他各種實施例和對本發明的修改也將對於本領域的一般技術人員顯而易見。這些其他實施例和修改意欲屬於本發明的範圍內。此外，儘管已出於特定目的在特定環境下的特定實施方案的上下文中描述了本發明，但本領域的一般技術人員將認識到其有用性不限於此，並且出於任何數目的目的，本發明可以有利地在任何數目的環境中實施。因此，應鑒於如本文所描述的本發明的全部廣度和精神來解釋下文闡述的申請專利範圍。

100‧‧‧離子植入機

110‧‧‧離子源

111‧‧‧第一壁

112‧‧‧第二壁

113、114‧‧‧側壁

115‧‧‧離子源室

117‧‧‧提取孔口

120‧‧‧襯墊

130‧‧‧電極組件

130a、130b‧‧‧電極

131a、131b‧‧‧電極孔口

140‧‧‧離子束

150‧‧‧工件

Claims (15)

1. 一種離子植入機，包括：離子源，包括離子源室，所述離子源室具有第一壁、相對的導電的第二壁以及多個導電的側壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中；以及提取電極組件，經安置而接近所述提取孔口並且在所述離子源室外，所述提取電極組件包括一或多個導電電極；其中至少一個導電元件鍍有低電阻率的碳化矽。
2. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，其中所述碳化矽具有小於1歐姆-釐米的電阻率。
3. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，其中所述側壁的每一個包括面向所述離子源室的內部的內表面，並且所述內表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
4. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，其中所述第二壁的內表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
5. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，其中所述導電電極的表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
6. 如申請專利範圍第5項所述的離子植入機，其中所述導電電極中的每一個包括相應的孔口，並且圍繞所述相應的孔口的所述導電電極中的每一個的一部分鍍有所述低電阻率的碳化矽。
7. 一種離子植入機，包括：離子源，包括離子源室，所述離子源室具有第一壁、相對的導電的第二壁以及多個導電側壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中； 多個導電的襯墊，每一個與所述導電側壁的相應的內表面相對安置並且與其處於電聯通；以及提取電極組件，經安置而接近所述提取孔口並且在所述離子源室外，所述提取電極組件包括一或多個導電電極；其中，所述導電的襯墊、所述第二壁的內表面以及所述提取電極元件中的至少一個鍍有低電阻率的碳化矽。
8. 如申請專利範圍第7項所述的離子植入機，其中所述碳化矽具有小於1歐姆-釐米的電阻率。
9. 如申請專利範圍第7項所述的離子植入機，其中所述襯墊的每一個包括面向所述離子源室的內部的第一表面以及面向相應的所述側壁的相對的第二表面，並且所述第一表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
10. 如申請專利範圍第7項所述的離子植入機，其中所述第二表面的所述內表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
11. 如申請專利範圍第7項所述的離子植入機，其中所述導電電極的表面鍍有所述低電阻率的碳化矽。
12. 如申請專利範圍第11項所述的離子植入機，其中所述導電電極中的每一個包括相應的孔口，並且圍繞所述相應的孔口的所述電極中的每一個的一部分鍍有所述低電阻率的碳化矽。
13. 一種離子植入機，包括：離子源，包括離子源室，所述離子源室具有第一壁、相對的導電的第二壁以及多個導電側壁，其中提取孔口安置在所述第二壁中；多個導電石墨襯墊，每一個與所述導電側壁的相應的內表面 相對安置並且與其處於電聯通，所述襯墊中的每一個包括面向所述離子源室的內部的第一表面以及面向相應的所述側壁的相對的第二表面，其中所述第一表面鍍有低電阻率碳化矽；以及提取電極組件，經安置而接近所述提取孔口並且在所述離子源室外，所述提取電極組件包括一或多個導電電極，所述電極的每一個具有相應的孔口，其中圍繞所述相應的孔口的每一個所述電極的一部分鍍有所述低電阻率碳化矽；其中所述低電阻率碳化矽具有小於1歐姆-釐米的電阻率。
14. 如申請專利範圍第13項所述的離子植入機，其中所述第二壁的內表面鍍有所述低電阻率碳化矽。
15. 如申請專利範圍第14項所述的離子植入機，其中所述第二壁與所述側壁連接的區域不鍍有所述低電阻率碳化矽。