TWI485743B - 可控制地植入工件的裝置與方法 - Google Patents

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Description

可控制地植入工件的裝置與方法
本申請案主張2009年11月17日申請之美國臨時專利申請案第61/261983號的權利，所述申請案以全文引用的方式併入本文中。
本發明是關於工件之植入，且更特定言之，是關於用於工件之聚焦植入(focused implantation)的方法與裝置。
離子植入是一種將性質變更雜質引入至基板中之標準技術。使所要雜質材料在離子源中離子化，使離子加速以形成規定能量之離子束，且使離子束指向基板之表面。離子束中之高能離子滲透至基板材料之次表面中且嵌入至基板材料之晶格中以形成所要導電率或材料性質之區域。
太陽能電池使用免費自然資源提供無污染、平等取用之能源。歸因於環境關注以及上漲的能源成本，可由矽基板構成之太陽能電池變得在全球範圍內較為重要。高效能太陽能電池之製造或生產的任何減少成本或高效能太陽能電池之任何效率改良將對世界範圍之太陽能電池之實施具有正面影響。此情形將使得能夠實現此清潔能源技術之較廣可用性。
摻雜可改良太陽能電池之效率。可使用離子植入來執行此摻雜。圖1為選擇性發射極太陽能電池10之橫截面 圖。對發射極200摻雜且將額外摻雜劑提供至觸點202下之區域201可增加太陽能電池之效率(轉換成電能之光之百分比)。對區域201較重地摻雜會改良導電率，且在觸點202之間具有較少摻雜會改良電荷收集。觸點202可僅隔開約2毫米至3毫米。區域201可僅為約100微米至300微米寬。圖2為指叉型背部觸點(interdigitated back contact,IBC)太陽能電池20之橫截面圖。在IBC太陽能電池20中，接面在太陽能電池之背部上。在此特定實施例中，摻雜圖案為交替p型以及n型摻雜區域。可對p+發射極203以及n+背表面場204摻雜。此摻雜可使IBC太陽能電池中之接面能夠起作用或具有增加之效率。
高劑量植入可實現離子植入器之最低擁有成本。一些植入可能需要區域化或選擇性摻雜或區域化或選擇性材料改質。對於選擇性植入，微影用於植入可能成本太過高(由於需要額外步驟)。對於這些應用，並未完全測試電漿摻雜技術。直接暴露至電漿中之中性物質可造成工件之沈積或蝕刻，且可能需要額外清潔步驟。因此，此項技術中需要工件之改良植入，且更特定言之，需要用於工件之聚焦植入的改良方法與裝置。
在一個實施例中，一種處理裝置包括電漿源，所述電漿源經組態以在電漿腔室中產生電漿，其中所述電漿含有用於植入至工件中之離子。所述裝置亦包含具有孔隙之聚 焦板，所述聚焦板經組態以修改接近所述聚焦板之電漿外鞘之形狀，以使得離子離開所述孔隙以界定聚焦離子。所述裝置更包含與所述聚焦板隔開的含有工件之處理腔室，其中所述聚焦離子具有實質上比所述孔隙窄之植入寬度。所述裝置經組態以藉由在離子植入期間掃描所述工件而在所述工件中形成多個圖案化區。
在另一實施例中，一種在電漿處理系統中植入工件之方法包括鄰近於包括電漿之電漿腔室提供聚焦板，所述聚焦板具有孔隙配置，所述聚焦板經組態以穿過將聚焦離子朝向所述工件提供之至少一個孔隙自所述電漿提取所述離子。所述方法更包括在工件固持器與所述電漿之間提供偏壓以將所述聚焦離子吸引至所述工件，以及相對於所述聚焦板掃描所述工件固持器，以便產生多個選擇性植入區。
本文中結合太陽能電池描述系統以及工件之實施例。然而，此系統之實施例可用於(例如)以下各者：半導體晶圓、合成半導體基板或薄膜、位元規則媒體(bit-patterned media)、固態電池、平板面板(plate panel)、LED基板、玻璃基板等。因此，本發明不限於下文所描述之特定實施例。
圖3為電漿系統內之聚焦板配置之橫截面圖。聚焦板101經組態以修改電漿外鞘242內之電場，以控制在電漿140與電漿外鞘242之間的邊界241之形狀。因此，跨越 電漿外鞘242自電漿140吸引之離子102可以較大範圍之入射角撞擊工件100。
如此項技術中已知地產生電漿140。在圖3之實施例中，聚焦板101包含一對板212與214，板212與214在其之間界定具有水平間隔(G)之間隙。板212可為絕緣體、半導體或導體。在其他實施例中，聚焦板101可僅包含一個板或包含兩個以上板。所述一對板212與214可為具有薄型、扁平形狀之一對薄片。在其他實施例中，所述一對板212與214可為其他形狀，諸如管型、楔型及/或具有接近間隙之傾斜邊緣。所述一對板212與214亦可定位於平面151上方之垂直間隔(Z)處，平面151是藉由工件100之前表面界定。在一個實施例中，垂直間隔(Z)可為約2.0毫米至3.0毫米。
可藉由不同機構跨越電漿外鞘242自電漿140吸引離子102。在一個例子中，對工件100施加偏壓，以跨越電漿外鞘242自電漿140吸引離子102。離子102可為p型摻雜劑、n型摻雜劑、氫氣、惰性氣體或熟習此項技術者已知之其他物質。
有利的是，聚焦板101修改電漿外鞘242內之電場，以控制在電漿140與電漿外鞘242之間的邊界241之形狀。在一個例子中，在電漿140與電漿外鞘242之間的邊界241可具有相對於平面151之凸面形狀。當對工件100施加偏壓時，(例如)穿過板212與214之間的間隙跨越電漿外鞘242以較大範圍之入射角吸引離子102。舉例而言， 遵循軌跡路徑271之離子可以相對於平面151之角度+θ°撞擊工件100。遵循軌跡路徑270之離子可以相對於同一平面151之約角度0°撞擊工件100。遵循軌跡路徑269之離子可以相對於平面151之角度-θ°撞擊工件100。因此，入射角之範圍可在以約0°為中心之+θ°與-θ°之間。另外，一些離子軌跡路徑(諸如，軌跡路徑269與271)可彼此交叉。取決於包含(但不限於)板212與214之間的水平間隔(G)、在平面151上方之板212以及214之垂直間隔(Z)、板212以及214之介電常數或電漿140之其他製程參數的若干因素，入射角(θ)之範圍可在以約0°為中心之+60°與-60°之間。
圖4為經植入之太陽能電池之實施例的俯視圖。圖4之太陽能電池500為選擇性發射極設計，但本文中所揭露之實施例並不僅限於選擇性發射極太陽能電池。太陽能電池500之寬度以及高度可為(例如)約156毫米或約125毫米。如圖1(且更特定言之，圖4)中所見，太陽能電池500具有經摻雜之接觸區域501以及在接觸區域501之間的發射極502，發射極502是以稍低於接觸區域501之劑量的劑量摻雜。在一個例子中，接觸區域是以約5×1015 摻雜劑原子/平方公分摻雜，且發射極502是以約1×1015 摻雜劑原子/平方公分摻雜。在另一例子中，接觸區域501隔開約2毫米且約100微米寬。使用10千電子伏特磷植入，這些接觸區域501是以約3×1015 摻雜，且發射極502以約1.5×1015 摻雜。可執行在太陽能電池500之整個表面上的毯覆 式(blanket)植入以對發射極502摻雜，同時選擇性或圖案化植入可對接觸區域501摻雜。
圖5為與本發明之第一實施例一致的處理裝置之方塊圖。系統400包含電漿源401、聚焦板101(或外鞘工程板)以及處理腔室402。氣體源404連接至電漿源401。電漿源401或系統400之其他組件亦可連接至諸如渦輪泵之泵(未圖示)。產生電漿140之電漿源401可為(例如)RF電漿源、感應耦合電漿(inductively-coupled plasma,ICP)源、間接加熱陰極(indirectly heated cathode,IHC)或熟習此項技術者已知之其他電漿源。在此特定實施例中，電漿源401為具有RF源產生器408以及RF源產生器409之RF電漿源。在此特定實施例中，電漿源401被外殼411環繞，且DC中斷部(DC break)410將外殼411與處理腔室402分開。可將處理腔室402、電漿源401或平台403接地。
聚焦板101用以提取用於植入至工件100中之離子406。可將聚焦板101冷卻。電漿140自電漿源401之此提取可為連續的(DC)或脈衝式的。可對電漿源401施加偏壓，且可提供偏壓電源供應器(未圖示)，以在基板上提供連續或脈衝偏壓以吸引離子406。
雖然圖5中說明多個孔隙407，但聚焦板101可具有至少一個孔隙407。如下文關於圖20進一步論述，孔隙407可配置成對應於工件100內之所要植入圖案之陣列。可將聚焦板101冷卻或以其他方式使其熱特性受控制。電漿源401與處理腔室402中之壓力可大致相等，此情形可造成 電弧。熟習此項技術者將認識到，可藉由增加處於不同電位之物件之間的距離且藉由在組件上使用平滑表面(在任何可能時)來將高壓電弧最小化。工件100中之植入區域之尺寸可隨著系統400中之組件之參數而變化。
一或多個工件100(其可為太陽能電池)配置於處理腔室402中之平台403上。可控制聚焦板101與工件100之間的距離，以補償聚焦板101之任何熱膨脹。這些工件100可配置成N個工件100寬以及N個工件100長(其中，寬度尺寸中之變數「N」可不同於長度尺寸中之變數「N」)之陣列或矩陣。在圖5中，說明1×3之工件矩陣。配置於垂直定向上之平台403可使用靜電夾持、機械夾持或靜電夾持與機械夾持之組合來保持工件100。可使用平台403來掃描工件100。在圖5之實施例中，平台403可在方向405上掃描。然而，平台403可取決於工件100上之所要植入圖案而執行1D或2D掃描。舉例而言，可執行2D掃描以在工件100中形成光點形狀或圓點形狀植入區域。在替代實施例中，聚焦板101相對於固定工件100掃描。可使用各種裝載以及卸載機構來將工件100置放於平台403上。在一個例子中，平台403可經組態以對工件100提供背面氣體冷卻。可在植入之前或植入期間使用平台403或某一其他裝置將工件100加熱或冷卻至各種溫度。
可使電漿源401之脈衝發送與聚焦板101及/或工件100之掃描同步。此掃描可經組態以達成跨越工件100之離子之所要劑量以及分佈。用以形成離子406之提取之脈 衝性能夠實現工件100之較佳電荷中和。在一個例子中，可使用二次電子集電板。
圖6為與本發明之第二實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。在此實施例中，平台403安置於聚焦板101下方且在方向605上移動。雖然使用重力支撐工件100簡化了平台403，但沈積或降落粒子可出現在工件上。
圖7為與本發明之第三實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。在此實施例中，平台403安置於聚焦板101上方且在方向605上移動。此情形消除了工件100上之沈積或粒子之風險，但平台403需要足夠夾持力以在系統400內之處理期間將工件100倒置地固持。
圖8為與本發明之第四實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。此實施例中之工件100安置於在方向405上移動之傳送帶800上，方向405可為垂直方向。
圖9為與本發明之第五實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。工件100安置於在方向605上移動之傳送帶800上，方向605可為水平方向。此系統400可能在工件100上具有沈積或粒子，類似於圖6之實施例。
圖10為與本發明之第六實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。工件100安置於在方向605上移動之傳送帶800上。傳送帶800可夾緊工件100以便將工件100倒置地固持。此實施例消除了工件100上之沈積或粒子之風險。
雖然已在(例如)圖5至圖10之實施例中說明傳送帶800以及平台403，但可使用其他工件100輸送機構。 因此，本文中所揭露之實施例並不僅限於傳送帶800或平台403。使用傳送帶800之某些實施例可使用差動抽汲(differential pumping)來維持處理腔室402中之真空。
圖11為與本發明之第七實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。在此實施例中，至少傳送帶800以及聚焦板101為傾斜的，且工件100在方向1105上移動，方向1105可為在水平與垂直之間的範圍內的角度。雖然將圖11之實施例之整個系統400說明為傾斜的，但系統400之其餘部分可能並不傾斜。說明傳送帶800，但可使用平台403或其他工件100輸送機構。傾斜組態將實現工件100之重力對準，且簡化用於將工件100固持於傳送帶800上之機構。
圖12為與本發明之第八實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。在系統1200中，說明電漿源401以及電漿源1203。電漿源1203自氣體源1202形成電漿1201。在一個例子中，電漿1201為p型(亦即，將p型摻雜劑物質供應至工件100之電漿)，且電漿140為n型(亦即，將n型摻雜劑物質供應至工件100之電漿)，但電漿140以及電漿1201不限於此配置。在一個特定實施例中，使用系統1200來製造如圖2中所說明之IBC太陽能電池。因此，平台403使工件100在電漿源401與電漿源1203之間平移，以對IBC太陽能電池之n型區域與p型區域兩者摻雜。可在植入週期期間斷開或接通電漿源401、1203，或可按照在工件100中出現一些反摻雜效應(counterdoping effect)之方式連續地操作。亦可調整偏壓之強度以使反摻雜效應最小 化。換言之，當將意欲n型摻雜之工件之部分暴露至電漿1201時以及當將意欲p型摻雜之工件之部分暴露至電漿140時，可減小電漿與工件之間的偏壓。
雖然說明平台403，但可使用傳送帶或其他工件100輸送機構。
圖22為與本發明之第九實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。系統2200具有電漿源401與電漿源2201兩者。電漿源2201自氣體源2203形成電漿2202。雖然說明平台403，但可使用傳送帶或其他工件100輸送機構。在此實施例中，平台403可在電漿源401與電漿源2201之間旋轉或扭轉。在另一實施例中，平台403或某一其他輸送機構可實現在工件100之相對兩面上植入。在另一實施例中，電漿源401與電漿源2201可處於不同高度。
在圖12以及圖22之實施例中，說明兩個電漿源。亦可使用兩個以上電漿源。雖然將系統1200以及2200說明為垂直的，但類似於本文中所揭露之其他實施例之其他組態是可能的。用於毯覆式植入以及選擇性植入、摻雜以及材料改質植入或其他組態的具有兩個電漿源之其他系統是可能的。
在本文中所揭露之實施例中，諸如電漿源401之電漿源可連續地操作。此情形減少了產生電漿140所需之時間。可在系統400內同步(in-situ)清潔聚焦板101。在一個例子中，清潔電漿可在電漿源401中執行。可(例如)在某數目次植入循環之後執行此預防維護。當在電漿源 401中使用可造成沈積之物質時，此清潔可隨著時間的過去而維護離子406之所要特性或尺寸。聚焦板101之熱控制可減少聚焦板101上之沈積。此情形可涉及聚焦板之加熱或冷卻。
本發明之電漿處理裝置之實施例促進選擇性小區與毯覆式植入兩者，而不需要多個遮罩或複雜植入方案。為了達到此目的，可結合適當電漿參數設計孔隙以及工件組態，以促進提取形成離子束之聚焦離子，離子束之寬度收斂且在寬度實質上比形成離子束之孔隙窄(意謂小於約75%之孔隙寬度)的區域中截取基板。
圖13為聚焦板之一個實施例的橫截面圖，其說明離子聚焦之細節。聚焦板101可將孔隙407隔開距離D1，距離D1可為約1公分。孔隙407可為約2毫米之長度D2。工件100可與聚焦板101隔開約1公分之距離D3。使用聚焦板101之工件100中之植入區域可為約100微米之寬度D4。聚焦板101可具有孔隙407，孔隙407之高度大於約156毫米(進入圖13中之頁面中)。聚焦板101本身之寬度可大於156毫米。對於10千電子伏特植入，此聚焦板101可自每一孔隙407提取約0.2安培/公尺之離子406，且若工件100與聚焦板101隔開約1公分，則可在工件100處將離子406擴散聚焦(focus down)至100微米植入寬度。若存在15個孔隙407，則此情形均等於工件100上的離子406之468毫安電流。若長度D2為約1毫米且對電漿源施加偏壓達5千電子伏特並將工件100接地，則可將 離子406集中聚焦(focus up)至十倍或十倍以上。因此，本發明之實施例可用以植入具有約10微米之長度D4的區域。其他聚焦等級(focusing level)亦是可能的。
因此，本發明之實施例可使用寬度約數毫米之孔隙產生約數微米至數百微米之固定植入寬度(意謂在並不相對於聚焦離子掃描工件之情況下產生的植入區域之寬度)。因此可形成寬度相同於或大於(使用掃描)固定植入寬度之窄選擇性植入區域。此外，因為聚焦離子是自寬度D2之相對較大孔隙提取，所以聚焦離子406在工件100處在固定植入寬度D4上提供離子之高通量(電流)。此情形藉由提供足夠高之離子電流以給予用於毯覆式植入之所需植入含量的合理的工件掃描速率來促進較小區中之高劑量植入以及快速毯覆式植入兩者。
圖14為說明在根據本發明之方法的植入期間的步進移動的橫截面圖。使工件100在方向405上相對於離子406移動。此情形在工件100中形成較高摻雜之區域1400以及較低摻雜之區域1401。相對於聚焦板101以比較低摻雜之區域1401之植入期間的掃描速度慢的速度掃描工件100，以形成較高摻雜之區域1400。可在工件100之表面上重複此程序。
轉向圖15a至圖15d，提供細節以說明基板100中所接收之離子劑量1504與可提供於聚焦板101與基板100之間的可變掃描速度之間的關係。可藉由相對於固定基板100掃描聚焦板101、相對於固定聚焦板101掃描基板100 或同時掃描基板與聚焦板兩者來提供可變掃描速度(或速率)。可藉由改變植入期間的掃描速度而產生相對較高植入含量以及相對較低植入含量之區域。在圖15a至圖15d中所描繪之實施例中，依據在方向X上沿著基板100之位置使用可變掃描速率來產生可變離子劑量1504。如圖15a中所描繪，使用聚焦板101自電漿140提取離子，以在離子406衝擊基板100時形成聚焦形狀。當離子406植入至基板100中時，在基板100處之離子1500之電流密度可如圖15b中所繪示。如所描繪，穿過1公分寬孔隙407提取之離子之電流密度的峰值較窄，其中當離子衝擊基板100時，離子之寬度可為約100微米。
圖15c描繪可用於聚焦板101之一個掃描速率序列1502。在此實施例中，將掃描速率序列繪示為滯留時間函數(單位為秒/公分)，以使得滯留時間函數中之峰值1506表示掃描速率相對較慢之區域且底部部分1508表示掃描速率相對較快之區域。因此，在區域1506中，接收到較高離子劑量，此是因為聚焦離子1500是以比區域1508中之掃描速度相對較慢之速度跨越基板100而掃描。可以如圖15c中所繪示之週期性方式重複慢掃描速率與快掃描速率之間的此變化，從而導致基板100中之離子劑量1504之週期性變化，因此在X方向上產生相對較高離子摻雜以及較低離子摻雜之區域。
本發明之實施例亦可使用脈衝電漿植入來使工件之不同區域中之摻雜含量變化。在替代實施例中，在脈衝DC 或RF植入之狀況下，可增加脈衝寬度或脈衝頻率以形成較高摻雜之區域1400。在這些替代實施例中，工件100之掃描速率可為恆定的，而當離子406衝擊待相比於區域1401(區域1401暴露至相對較短脈衝或較小脈衝速率)較重摻雜之區域1400時，脈衝電漿之脈衝速率(或長度)相對較大。
在本發明之實施例中，諸如圖5中所揭露之裝置的裝置可用以植入工件，以使得與脈衝離子植入處理相關聯之參數可根據所要摻雜含量而變化。這些參數可包含脈衝持續時間、脈衝頻率以及源脈衝與基板脈衝之同步。脈衝發送之實例包含將脈衝電位施加至電漿或將脈衝電位施加至工件。
圖18至圖19各自說明使用RF或DC同步以多個不同摻雜劑含量植入工件的本發明之方法中所涉及之例示性步驟。當然，除圖18至圖19中所說明之方法之外的方法是可能的。在兩種方法中，可在產生週期性植入脈衝的同時相對於孔隙板(諸如，聚焦板101)掃描目標。根據圖18以及圖19之實施例，在植入脈衝之「接通」週期期間，可在工件與電漿之間施加諸如負電位之電位，以使得來自電漿140之正離子加速穿過聚焦板101且至工件100上。
在本發明之特定實施例中，可根據已知技術由電漿脈衝源以脈衝方式產生電漿140。特定言之，可使用組件(未圖示)產生脈衝電漿，而不需要將偏壓施加至工件100。在需要時，可週期性地產生植入脈衝，以使得植入脈衝大 體上與源脈衝一致。因此，當產生植入脈衝時，電漿140亦「接通」，以使得來自電漿140之離子藉由植入脈衝而加速至工件且植入至工件100中。為了在基板之不同區域處達成不同摻雜劑含量，可以不同方式使植入脈衝同步。
特定言之，轉向圖18，可使用本文中所說明之方法在工件中形成對應於高劑量以及低劑量區域之兩個不同摻雜含量之區域。可使用所述方法來相對於聚焦板101掃描目標100，以在目標(工件100)中形成一或多個相對較高摻雜含量之區域以及一或多個相對較低摻雜含量之區域。在步驟1800處，產生源脈衝時序。舉例而言，耦接至離子植入系統之脈衝產生器可每100微秒產生具有50微秒之持續時間TON 的脈衝。
在步驟1802處，作出是將高離子劑量還是低劑量施加至給定區域的決策。舉例而言，工件可定位於相對於聚焦板101之初始點處，其中低離子劑量區域意欲使用加速穿過其孔隙之離子來形成。因此，可由處理器來執行使當前工件位置與待施加之所要低劑量植入相關之程式或指令集。
在步驟1804以及步驟1806處，每i個脈衝或每j個脈衝(對應於低離子劑量含量或高離子劑量含量)形成對應編碼器脈衝。舉例而言，對於低劑量(步驟1804)狀況，可每2個源脈衝(對應於每200微秒)產生編碼器脈衝，而對於高劑量(步驟1806)狀況，可每20個源脈衝(對應於每1000微秒)產生編碼器脈衝。
在一個實施例中，工件100可保持固定，直至使馬達編碼器計數遞增(如步驟1808中所繪示)且向掃描系統馬達發送訊息以使掃描系統馬達移動(如步驟1810中所繪示)為止。工件在編碼器脈衝之間可為固定的，且因此，在低劑量狀況下植入至工件100中由兩個源脈衝組成，同時電漿140接通。此植入方法與高劑量狀況形成對比，在高劑量狀況下，在移動工件100之前對工件100植入歷經十個源脈衝。較高劑量區域因此由於暴露至五倍多之植入脈衝而接收到五倍於較低劑量區域之劑量的劑量。
圖19描繪類似於圖18之方法的方法，不同之處在於：所述方法用於應用同步以達成工件上之不同區域的任何數目個不同摻雜含量。所述方法如步驟1800進行且進行至步驟1902，在步驟1902中，判定對應於待植入之區域的適當離子植入劑量。一旦判定此劑量，所述方法便進行至對應於待植入之所判定劑量含量的替代步驟(如步驟1904至步驟1908所繪示)中一者，以至於形成適當編碼器脈衝序列。此外，可在掃描工件100時施加編碼器脈衝序列，直至根據所要摻雜劑含量植入所要區為止。如圖18中，圖19之方法涉及根據所要摻雜含量形成用於所產生之每1個源脈衝、每2個源脈衝、每3個源脈衝等的編碼器脈衝。
在另一實施例中，可在工件100掃描時使用脈衝RF或脈衝DC來達成工件100中之劑量控制。此脈衝發送可為微秒時間標度。舉例而言，脈衝持續時間TON 可自50 微秒調整至49微秒，以便將施加至工件100之劑量減少達2%。
在又一實施例中，工件100在圖14中所說明之方向405上以恆定速度掃描，但脈衝持續時間或脈衝速率增加以形成較高摻雜之區域1400。舉例而言，5倍長之脈衝或5倍頻率之脈衝速率(與較低摻雜之區域1401之植入相比較)將在較高摻雜之區域1400中產生5倍劑量。可使用RF源脈衝發送與DC源脈衝發送兩者。此舉可藉由在DC脈衝期間修改RF源之作用時間循環或在DC脈衝發送期間修改RF源之功率位準來執行。
圖23以及圖24分別繪示可在脈衝植入系統中依據時間而施加之例示性電壓曲線2300以及2400。電壓脈衝可表示植入脈衝或源脈衝，如上文所描述。在圖23以及圖24中亦分別繪示依據時間之工件位置曲線2310以及2410。在圖23中，工件以恆定速度移動，但工件中之較高劑量區域是藉由較長脈衝持續時間(諸如，脈衝2320)來形成。工件中之較低劑量區域是藉由較短脈衝持續時間(諸如，脈衝2330)來形成。
在圖24中，工件亦以恆定速度移動，藉由線性曲線2410說明。工件中之較高劑量區域2420是藉由較高脈衝速率來形成且較低劑量區域2430是藉由較低脈衝速率來形成。在圖23與圖24兩者之實施例中，較低劑量區域可為(例如)太陽能電池中之觸點之間的區域，且較高劑量區域可為(例如)在太陽能電池之觸點下的區域。
圖20a至圖20c呈現經組態以執行毯覆式植入與選擇性植入兩者的聚焦板系統1210的俯視圖。如圖20a以及圖20b中所說明，在方向1204上掃描工件100。聚焦板系統1210之實施例包含具有第一孔隙2002之第一聚焦板2000。第一孔隙2002可藉由(例如)在方向1204上掃描以形成毯覆式區域1220而執行跨越工件100之寬度的毯覆式植入(充當毯覆式孔隙)，如圖20c中所繪示。第二聚焦板2001具有第二孔隙2003。這些第二孔隙2003可藉由(例如)在同一方向1204上掃描第二孔隙2003以形成圖案化區域1222而執行工件100之圖案化或選擇性植入。在此情況下，掃描描述相對於第一孔隙2002以及第二孔隙2003之工件100之相對運動，且可藉由移動工件100以及第一聚焦板2000以及第二聚焦板2001中之任一者或兩者來達成。雖然在圖20a至圖20b之實施例中說明兩個聚焦板，但本發明涵蓋可具有第一孔隙2002以及第二孔隙2003之單一聚焦板。在所說明之實例中，沿著方向1204掃描第一聚焦板2000與第二聚焦板2001達等於點A與點B之間的距離的距離。圖20b描繪在掃描完成之後的第一聚焦板2000與第二聚焦板2001之相對位置。圖案化區域1222可藉由在需要時增加掃描距離而一直延伸至工件100之邊緣。圖20c說明在針對具有如圖20a中之初始位置以及如圖20b中之最終位置的聚焦板的掃描發生之後的工件100之植入幾何形狀的細節。因為沿著垂直於掃描方向1204之方向1212，第二孔隙2003與第一孔隙2002之部分重 疊，所以暴露於第二孔隙2003下之植入區域1222接收較多離子劑量。
根據本發明，這些毯覆式植入與選擇性植入可至少部分同時進行，如圖20d至圖20e中所說明。圖20d描繪聚焦板系統1210之實施例，其中同一板中包含第一孔隙2002以及第二孔隙2003。如圖20d中所檢視，聚焦板系統1210可自左沿著方向1204掃描至位置C。圖20d中所說明之組態可表示在植入掃描之中間期間的點，在所述點之後，聚焦板系統1210繼續相對於工件100向左移動。圖20e描繪由聚焦板系統1210產生的直至藉由圖20d表示之點的離子植入之圖案。因此，形成具有前邊緣1230a之毯覆式區域1230，前邊緣1230a對應於點C處之第一孔隙2002之前邊緣。隨著掃描繼續，毯覆式區域1230可延伸跨越整個工件100，類似於圖20c中所描繪之情形。圖20e亦說明已使用孔隙第二2003至少部分形成選擇性植入區域1232。此外，聚焦板中之孔隙之其他配置是可能的，諸如植入圓點、光點或其他形狀之配置。以此方式，孔隙可具有圓形、橢圓形或與所要植入幾何形狀相關聯之任何形狀。
圖21為程序控制裝置之正視透視圖。在此實施例中，程序控制裝置2100安置於平台403以及工件100上或附近。此程序控制裝置2100可經組態以量測離子通量、離開聚焦板之離子之尺寸或擴展度、離子之位置或離子相對於工件100之平行度。第一孔隙2101具有比離子之長尺寸大的長尺寸。可以磁性方式或電學方式抑制之法拉第杯 (Faraday cup，未繪示)安置於第一孔隙2101之後以用於進行全部離子量測。可將由第一孔隙2101形成之區域分段以判定水平離子均勻性。孔隙陣列2102包含數行偏移孔隙。孔隙陣列2102中之每一孔隙為離子之預期寬度的約1/10。可以磁性方式或電學方式抑制之法拉第杯(未繪示)安置於每一孔隙陣列2102之後。圍繞水平方向隔開之額外陣列集合給出關於寬度或平行度之改變的資訊。程序控制裝置2100之區域可塗佈以在被離子束撞擊時增加發光(此可用光學方式進行監視)之材料。第二孔隙2103可安置於圍繞平台403之周邊，以提供即時劑量量測，且可用於掃描速度校正。可被分段的受抑制法拉第杯(未繪示)安置於每一第二孔隙2103之後。
可使用此系統之實施例產生二次電子。工件100之帶電可影響離子406中之離子之軌跡。聚焦板101之聚焦可受到影響，聚焦板101之蝕刻可能發生，且聚焦板101之加熱可能增加(歸因於二次電子)。二次電子可藉由處於比工件100之電位低之電位的大部分透明電極或藉由在工件100之後的磁體來抑制。圖16為說明靜電抑制之一個實施例的橫截面圖。至少一個抑制板1600安置於聚焦板101上，抑制板1600可為絕緣體、導體或絕緣層與導電層之組合。圖17a至圖17b為說明磁性抑制之兩個實施例的橫截面圖。可分別具有相反極性之磁體1700、1701可安置於工件100之後(圖17a)或聚焦板101與工件100之間(圖17b)以影響任何二次電子。在圖17a中，磁體1700、1701 可為固定的或可相對於電漿源移動。在圖17b中，磁體1700、1701可安置於聚焦板101上或至少部分在聚焦板101內。圖17b中之磁體1700、1701可為固定的，此情形簡化了操作。
本文中所揭露之實施例可用以對工件100摻雜或修改工件100之晶格。在一個例子中，執行氫及/或氦植入以使得能夠分解工件100，此情形可涉及跨越工件100之氫及/或氦之變化劑量。亦可執行其他材料改質(諸如，非晶化)。使用本文中所揭露之實施例的植入可應用於半導體或其他應用。
本發明之範疇不受本文中所描述之特定實施例限制。實際上，一般熟習此項技術者將自上述描述以及附圖顯而易見除本文中所描述之實施例以及修改外的本發明之其他各種實施例以及修改。因此，這些其他實施例以及修改意欲落入本發明之範疇內。此外，雖然本文中已在針對特定目的之特定環境下的特定實施方案之情況下描述本發明，但一般熟習此項技術者將認識到，本發明之適用性不限於此且可在針對任何數目個目的之任何數目個環境下有益地實施本發明。因此，下文所闡述之申請專利範圍應根據如本文中所描述的本發明之全廣度以及精神來解釋。
10‧‧‧選擇性發射極太陽能電池
20‧‧‧指叉型背部觸點太陽能電池
100‧‧‧工件
101‧‧‧聚焦板
102‧‧‧離子
140、2202‧‧‧電漿
151‧‧‧平面
200、502‧‧‧發射極
201‧‧‧區域
202‧‧‧觸點
203‧‧‧p+發射極
204‧‧‧n+背表面場
212、214‧‧‧面板
241‧‧‧邊界
242‧‧‧電漿外鞘
269、270、271‧‧‧軌跡路徑
400、1200、2200‧‧‧系統
401、1203、2201‧‧‧電漿源
402‧‧‧處理腔室
403‧‧‧平台
404、1202、2203‧‧‧氣體源
405、605、1105、1204、1212‧‧‧方向
406‧‧‧離子
407‧‧‧孔隙
408、409‧‧‧RF源產生器
410‧‧‧DC中斷部
500‧‧‧太陽能電池
501‧‧‧接觸區域
800‧‧‧傳送帶
1201‧‧‧電漿
1210‧‧‧聚焦板系統
1220、1230‧‧‧毯覆式區域
1222‧‧‧圖案化區域
1230a‧‧‧前邊緣
1232‧‧‧選擇性植入區域
1400‧‧‧較高摻雜之區域
1401‧‧‧較低摻雜之區域
1500‧‧‧聚焦離子
1502‧‧‧掃描速率序列
1504‧‧‧離子劑量
1506‧‧‧峰值
1508‧‧‧底部部分
1600‧‧‧抑制板
1700、1701‧‧‧磁體
1800~1810、1902~1908‧‧‧步驟
2000‧‧‧第一聚焦板
2001‧‧‧第二聚焦板
2002、2101‧‧‧第一孔隙
2003、2103‧‧‧第二孔隙
2100‧‧‧程序控制裝置
2102‧‧‧孔隙陣列
2300、2400‧‧‧例示性電壓曲線
2310、2410‧‧‧工件位置曲線
2320、2330‧‧‧脈衝
2420‧‧‧較高劑量區域
2430‧‧‧較低劑量區域
A、B‧‧‧點
C‧‧‧位置
D1、D3‧‧‧距離
D2‧‧‧長度
D4‧‧‧寬度
G‧‧‧水平間隔
X‧‧‧方向
Z‧‧‧垂直間隔
圖1為已知的選擇性發射極太陽能電池之橫截面圖。
圖2為已知的指叉型背部觸點太陽能電池之橫截面 圖。
圖3為電漿系統內之聚焦板配置之橫截面圖。
圖4為經植入之太陽能電池之實施例的俯視圖。
圖5為與本發明之第一實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖6為與本發明之第二實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖7為與本發明之第三實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖8為與本發明之第四實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖9為與本發明之第五實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖10為與本發明之第六實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖11為與本發明之第七實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖12為與本發明之第八實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖13為聚焦板之一個實施例的橫截面圖。
圖14為說明在植入期間之步進移動的橫截面圖。
圖15a至圖15d說明離子劑量與掃描速度之間的關係。
圖16為說明靜電抑制之一個實施例的橫截面圖。
圖17a至圖17b為說明磁性抑制之兩個實施例的橫截面圖。
圖18至圖19說明使用RF或DC同步以兩個摻雜劑含量對工件植入的本發明之實施例中所涉及之例示性步驟。
圖20a以及圖20b分別為在植入之前與植入之後的工件以及聚焦板系統的俯視圖。
圖20c為在植入之後的圖20a至圖20b之工件的示意性俯視圖，其繪示植入區。
圖20d為在植入期間的工件以及聚焦板系統的俯視圖。
圖20e為20d之工件的示意性俯視圖，其繪示植入區。
圖21為程序控制裝置之正視圖。
圖22為與本發明之第九實施例一致的電漿處理裝置之方塊圖。
圖23至圖24說明根據脈衝植入實施例的依據時間之例示性電壓以及工件位置曲線。
100‧‧‧工件
101‧‧‧聚焦板
102‧‧‧離子
140‧‧‧電漿
151‧‧‧平面
212、214‧‧‧面板
241‧‧‧邊界
242‧‧‧電漿外鞘
269、270、271‧‧‧軌跡路徑
G‧‧‧水平間隔
Z‧‧‧垂直間隔

Claims (18)

  1. 一種處理裝置，包括：電漿源，經組態以在電漿腔室中產生電漿，所述電漿含有用於植入至工件中之離子；具有孔隙之聚焦板，所述聚焦板經組態以修改接近所述聚焦板之電漿外鞘之形狀，以使得所述離子離開所述孔隙以界定聚焦離子；以及與所述聚焦板隔開的含有所述工件之處理腔室，其中所述聚焦離子具有實質上比所述孔隙窄之植入寬度，且所述處理腔室經組態以藉由在植入期間掃描所述工件而在所述工件中形成多個圖案化區，其中所述聚焦板包括毯覆式孔隙以及選擇性孔隙集合，且其中在單一掃描中掃描所述工件產生處於第一離子劑量的所述工件之毯覆式植入與處於第二較高劑量的所述工件之區域集合的選擇性植入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，更包括工件固持器，所述工件固持器經組態以在兩個方向上掃描所述工件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之處理裝置，所述工件固持器包括水平固持器、垂直固持器、傾斜固持器以及倒置固持器中之一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述孔隙具有0.5毫米至5毫米之寬度，且所述植入寬度為5微米至2毫米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，更包括工件固持器，所述工件固持器經組態而在給定掃描中以可變掃描速率沿著所述工件之第一方向掃描，其中不同離子植入含量之多個植入區域是在於所述第一方向上掃描之後形成，以形成所述多個圖案化區中之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之處理裝置，其中所述電漿之所述離子與摻雜劑物質相關聯，其中不同摻雜劑濃度之多個植入區域是在於所述第一方向上掃描之後形成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述電漿源經組態以產生脈衝電漿。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述處理裝置經組態以將脈衝偏壓供應至所述工件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述處理裝置經組態以將脈衝偏壓供應至所述電漿。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述孔隙包括陣列，所述陣列對應於所述工件中之所述多個圖案化區中之至少一者的所要植入圖案。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之處理裝置，其中所述電漿腔室中之所述離子為第一類型之離子物質，所述處理裝置更包括：工件固持器；第二電漿源；具有孔隙之第二聚焦板，所述第二聚焦板經組態以修改接近所述第二聚焦板之電漿外鞘之形狀，以使得所述離 子離開所述第二聚焦板的孔隙以界定聚焦離子；以及第二電漿腔室，耦接至所述第二電漿源，且經組態以供應第二類型之離子物質，其中所述工件固持器經組態以在所述聚焦板以及所述第二聚焦板下掃描以便選擇性地植入所述工件，其中各別第一區域以及第二區域對應於所述第一類型之離子物質以及所述第二類型之離子物質。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之處理裝置，其中所述第一類型之離子物質為n型摻雜劑，且所述第二類型之離子物質為p型摻雜劑。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之處理裝置，更包括程序控制裝置，所述程序控制裝置安置於所述工件固持器上或附近，且包括經組態以即時量測離子劑量之孔隙配置以及偵測器。
  14. 一種植入工件之方法，包括：鄰近於含有電漿之電漿腔室提供聚焦板，所述聚焦板經組態以穿過將聚焦離子朝向所述工件提供之至少一個孔隙自所述電漿提取離子；在工件固持器與所述電漿之間提供偏壓，以將所述聚焦離子朝向所述工件吸引，所述工件安置於所述工件固持器上；以及相對於所述聚焦板掃描所述工件，以便在所述工件中產生多個選擇性植入區，其中所述聚焦板包括毯覆式孔隙以及選擇性孔隙集合，且其中在單一掃描中掃描所述工件產生處於第一離子 劑量的所述工件之毯覆式植入與處於第二較高劑量的所述工件之區域集合的選擇性植入。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之植入工件之方法，更包括：將具有第一脈衝頻率之源脈衝供應至所述電漿；在所述聚焦板之所述孔隙定位於所述工件之第一區域之上時，提供第一偏壓脈衝集合，所述第一偏壓脈衝集合具有第一偏壓脈衝頻率，其中所述第一偏壓脈衝集合與所述源脈衝同步；以及在所述聚焦板之所述孔隙定位於所述工件之第二區域之上時，提供第二偏壓脈衝集合，所述第二偏壓脈衝集合具有不同於所述第一偏壓脈衝頻率之第二偏壓脈衝頻率，其中所述第二偏壓脈衝集合與所述源脈衝同步。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之植入工件之方法，其中掃描所述工件包括以第一掃描速率掃描所述工件之第一區域以及以第二較高掃描速率掃描所述工件之第二區域。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之植入工件之方法，其中掃描所述工件包括在以第一脈衝速率將脈衝施加至所述電漿的同時掃描第一區域，以及在以第二較高脈衝速率將脈衝施加至所述電漿的同時掃描第二區域。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之植入工件之方法，其中掃描所述工件包括在以第一脈衝持續時間將脈衝施加至所述電漿的同時掃描第一區域，以及在以第二脈衝 持續時間將脈衝施加至所述電漿的同時掃描第二區域。
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