TWI499359B - 寬帶離子束產生用之高密度螺旋電漿源 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種半導體技術，特別是有關於一種電漿源。
離子植入器常用在積體電路(IC)及平面顯示器的生產上，以在半導體晶圓(通常為矽)上藉由P型或n型摻雜來產生不同導電性的區域。在此裝置中，電漿源用以離子化摻雜的氣體。正離子的光束由電漿源中提取並加速到預定的能量，經過質量過濾然後直接到達晶圓。當離子轟擊晶圓時，離子貫穿至某個深度(由離子的動能及質量而定)並產生不同導電性的區域(由摻雜元素的密度而定)於晶圓中。這些區域中的n或p摻雜的性質及其在晶圓上的幾何結構定義了這些區域的機能，例如定義了電晶體內部的n-p-n接面(junctions)或p-n-p接面。藉由如此多個摻雜區域的互相連接，晶圓可轉變成複雜的積體電路。
圖1為一代表性的離子植入器50的方塊圖。電源供應器1傳送所要求的能量(直流或射頻)至電漿源2，以便致能(enable)摻雜氣體的離子化。氣體經由一質量流控制系統(未繪示)而在壓力為毫托(mTorr)範圍下饋送至電漿室，並由真空幫浦系統來保持著。由所欲摻雜物決定，不同的氟化物或氫化物摻雜的氣體，例如BF3,PF3,AsF3,GeF4,B2H6,PH3,AsH3,GeH4或其他一起或不在一起的共同承載氣體被引入。電漿室具有一可使離子通過並且被一
電極4的結合而提取的孔徑3。常用的方案是一種三極管的組合，其中電漿室孔徑是在高的正電能，而第二電極(抑制電極)在負電能且第三電極在接地電能。第二電極用來避免二次電子回流到電漿室。然而，其他提取電極的組合，例如八極管(thetrode)、五極管或Eisel透鏡也是可行的。這些射出的離子形成一束20並通過質量分析儀6。被提取的離子束由相混合的離子所組成。例如，由BF3氣體所提取的束主要包括BF3 +,BF2 +,BF+,B+，及F+離子。因此，必須使用質量分析儀移除離子束中的不要成份，致使離子束具有預定的能量並包含單個離子的類別(在BF3,B+離子的情況下)。為減少到達預定位準(level)的能量，預定類別(species)的離子通過可包括一個或多個電極的減速台8。減速台的輸出為發散的離子束。校正器磁鐵10用來展開離子束並轉換離子束為平行的帶離子束。藉由角校正器10，使帶束到達晶圓或工件。在某些實施例中，第二減速台12可被加入。晶圓或工件被貼附在晶圓支撐件14。晶圓支撐件14提供垂直的運動，以使晶圓可被帶入到束路徑並上下地通過被固定的離子帶束。晶圓也可被旋轉以使植入可在相對於晶圓表面上以不同的入射角度被執行。隨著晶圓不在束路徑上，束電流可以由法拉第杯(Faraday cup)16來測量。基於束電流值與所要的劑量(dose)，晶圓曝光時間或通過帶離子束的次數被計算出。
從電漿源中提取離子的速率經過考慮可由此公式得知：
其中A為提取孔徑的面積，n為電漿密度，玻姆(Bohm)速度vB=(kBTe/mi)1/2(kB,Te及mi分別為波茲曼常數、電子溫度及離子質量)。有限數量的電漿源已被證實具有足夠的電漿密度以成為電漿源。在某些實施例中，例如巴納源(Barnas sources)，其利用電弧放電來產生電漿。使用鎢絲以產生需要承受高電弧電漿密度的電子通量。在其他實施例中，例如非直接加熱陰極(indirectly heated cathodes,IHC)也是一種電弧放電的形式，可避免燈絲暴露在有害的電漿中因而可延長光源的壽命。必要的電子可由非直接加熱陰極提供的熱離子放射而取得。當這些熱電漿源能有效產生必要離子時，基本上僅用以產生原子的離子，是由於電弧室中所引入的高溫所產生的。因為游離能量低，電弧電漿中的熱能量通常足以打破分子鍵結力以將饋入氣體分為較小的分子或原子。
可想而知，對於淺植入應用方面上低的離子能量是必要的，以克服有害的空間-電荷效應(space-charge effect)並且增加離子植入步驟的導電性，可使用具有高含量的主動摻雜物於分子中，例如C2B10H12,B10H14及B18H22。所使用的分子離子在較高能量下可以被加速，因而避免了射束受到空間-電荷效應所損害。然而，由於分子離子的重量較重，因此可執行淺植入。在此植入過程中需要富含分子離子的主動摻雜物，而非摻雜物原子離子，低溫的電漿源例如射頻感應耦接放電(RF inductively coupled discharge)是
很適當的。在這放電中，電漿是經由天線耦接來自射頻產生器的電源而產生的。高射頻電流根據麥斯威爾第三電動力學定律(Maxwell’s 3rd electrodynamics law)流經天線而生成一振盪的磁場，如下：
在一個有限的空間區域(皮膚深度)內產生強大的電場是射頻激發頻率及氣體壓力的功能。電子被這些電場加速以獲得足夠的能量來離子化氣體分子並產生電漿。被產生的電漿不處在熱平衡中因為電子的溫度(通常~2-7eV)遠高於離子或中性(neutral)溫度(通常稍微大於室溫)。當此放電用在產生分子離子時，它的效能常常是小於渴望的因為電漿密度小於1011cm-3，約小於電弧放電的1到2級(order)的強度。在另一潛在的做為離子植入目的之電漿源為螺旋放電(helicon discharge)，其能在相當低的氣體溫度下產生高電漿密度。不同於其他射頻電漿源之處是螺旋放電中電子加熱是根據螺旋波的碰撞阻尼。這些螺旋波是藉由射頻天線被直流磁場所覆蓋而激發的，是特殊情況的哨聲波(whistler wave)。低壓工作氣體被引入到介電室中，通常環繞在介電室周圍的是石英或Pyrex玻璃圓柱體及天線。來自此波的電子增益能量，當這些能量高於離子化門檻能量時，這些能量及新的電子離子對是經由離子化碰撞中性氣體或分子而產生的。在每一次離子化事件後，這波能很快地帶電子到最理想的能量是為了下一次離子化過程。另外，除了引導螺旋波激發之外，磁場存在確保電漿
的限制，因此減少帶電的粒子到室內的壁的損失。另一個能量轉換機制，Trivelpiece-Gould模式，因快速阻尼而產生的，可說明螺旋放電由電子-迴旋波(electron-cyclotron wave)在室內壁的表面附近所組成的高離子化效能。即使尚未說明，對螺旋放電的能量沈積機制是非常有效率的，因此產生高離子化效能。因此，電漿密度對於已知的輸入電源而言，通常高於其他射頻電漿電源，例如電容式耦合放電(CCP)或感應耦合放電(ICP)，1到3級的強度。相對於電子-迴旋共振(ECR)電漿源，從電漿密度點的角度來比較，螺旋能在低磁場(即200-300高斯相對於875高斯)下運作，這對於2.45GHz電子-迴旋共振源而言是需要的且200-300高斯對於高頻率而言是高的。
在之前螺旋電漿源所表示的特徵讓其具有魅力做為離子植入用的分子離子源的選項。雖然已發明幾乎四十年了，但只在最近的10-15年才將螺旋放電應用在工業用途中。特別是，其在工業上用來處理半導體工業上的電漿蝕刻及電漿沈積。然而，在以下所點出的地方，迄今，螺旋一直未被有效地做為工業源的一部分，主要是因為其不均勻的電漿密度分佈所導致。
當在螺旋模式中運作，電漿圓柱具有非常明亮的中央核心，表示有非常尖峰的密度輪廓在放電的軸上。因此，典型上一種擴散室用來連接此源，以使產生在螺旋源中的電漿在室中擴散且尖峰密度輪廓和緩。如圖2所示，雖然比較平滑，密度輪廓仍循著此源中的輪廓：一個在放電軸
線上相當高的電漿密度，但沿著放射的方向密度明顯下降。此外，電源的增加僅為了強調此特性，例如藉由增加尖峰處的密度，而縮小放射的範圍一致的密度。沿著放射的方向特性的非均勻一致的電漿密度輪廓限制此源用於大面積電漿過程的應用。
在先前技術中，有針對螺旋產生的電漿克服其缺陷所做的嘗試，即，克服放射的電漿密度非均勻一致性。迄今，螺旋已經被使用在電漿蝕刻及電漿沈積上及對於較小的範圍的離子束產生上。特別是，螺旋尚未被使用在帶狀離子束的產生上，典型使用在離子植入器上。因此，離子源能有效地利用由螺旋源所產生的高電漿密度，並產生一寬的、均勻一致的帶狀離子束，將可對離子植入的前景有益處。
先前技術的問題已揭露於本說明書中，描述一種利用一個或兩個螺旋電漿源能產生寬帶離子束的離子源。除了螺旋電漿源之外，離子源也包括擴散室。擴散室是金屬圓柱體，具有沿著圓柱體的中心軸方向的提取孔徑。在此，與螺旋電漿源相關的尖峰放射密度輪廓是不相關的，可見於圖2的圖表中。
針對電漿密度非均勻一致性的問題，本發明提出一種離子源，包括第一螺旋電漿源、第二螺旋電漿源以及用來定義擴散室的腔體。第一螺旋電漿源包括：具有第一中心軸、一第一封閉端以及一第一開放端的第一介電圓柱體；
環繞於該第一介電圓柱體，適於產生一磁場於該中心軸的方向上，該磁場之磁場方向朝向該第一介電圓柱體的該開放端的第一磁鐵；以及第一天線能產生一螺旋波，且該螺旋波位於該第一介電圓柱體內。第二螺旋電漿源包括：具有第二中心軸、一第二封閉端以及一第二開放端的第二介電圓柱體；環繞於該第二介電圓柱體，適於產生一磁場於該中心軸的方向上，該磁場之磁場方向朝向該第二介電圓柱體的該開放端的第二磁鐵；以及第二天線能產生一螺旋波，且該螺旋波位於該第二介電圓柱體內。用來定義擴散室的腔體包括第一端及第二端，其中該擴散室的第一端是與該第一介電圓柱體的該開放端相通，而該擴散室的第二端是與該第二介電圓柱體的該開放端相通，且一提取孔徑具有較第二尺寸長的第一尺寸，其中該第一尺寸平行於該第一介電圓柱體的中心軸。因此，離子源能有效地利用由螺旋源所產生的高電漿密度，並產生一寬的、均勻一致的帶狀離子束。
在一實施例中，雙螺旋電漿源位於擴散室的相對兩端，用以產生均勻一致、沿著軸方向的電漿密度及必然地均勻一致地被提取的帶離子束。
在另一實施例中，多尖端的磁場環繞於擴散室，用以進一步改善被提取的離子束的均勻性。
束均勻性也可藉由包括對於每個螺旋電漿源的氣體流率、輸入射頻電源及頻率以及磁場強度的數個獨立的控制來控制。
由於高束電流可被產生，利用此離子源可執行單個通
過晶圓上的太陽能電池裝置或太陽能電池箔片摻雜。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖3a為典型的螺旋電漿源100的元件的長度方向的橫剖面圖，而圖3b為經過這些元件的橫截面剖面圖。介電圓柱體110較佳是用以包含低壓氣體並允許來自天線120的射頻耦合至電漿。對於高密度螺旋模式(明亮核心)中的適度功能，在圓柱體中的氣體壓力可較佳地維持低於20毫托。該介電圓柱體110可包含任何合適的介電材料，例如石英、pyrex玻璃或氧化鋁。天線120緊緊地纏繞在介電圓柱體的周圍，用以產生螺旋波。除了Boswell saddle，Nagoya III或半波螺旋天線不可使用外，任何種類的天線均可使用。天線120的材質較佳是鍍銀的銅，由射頻電源供應器(未繪示)提供電源，且與電漿阻抗相匹配的射頻可由L或PI型匹配網路(未繪示)來實現。如此天線結構位於圓柱體電漿柱的外部，典型上用以建立具有平行波長(沿著磁場)的m=0或m=±1模式，由天線的長度及磁場的強度定義某些限度。在另一實施例中，天線120可位於介電圓柱體110之內，或內埋於介電圓柱體的壁內。
螺旋波是有界限的電磁波，在哨聲頻率(介於離子及電子-迴旋頻率之間)的範圍內，具有右手及左手環狀的極化。為了激發螺旋波，磁鐵130可提供所需要的磁場，大部分是螺線管或多個軸向對稱的螺線管，能夠提供超過數
百高斯的軸向磁場。將可允許螺旋源在典型的13.56MHz商業用射頻頻率中運作，然而在其他的射頻頻率中運作也是可行的。較高值的磁場強度可由Sm-Co或Nd-Fe-B永久磁鐵相堆疊而提供。因此，磁鐵130表示成一個或多個螺線管或永久磁鐵的型態在本說明書中是可以理解的。螺旋源的一端被法蘭(flange)限制並使所需要的工作氣體，以某個流速經由氣體入口150而被引入到室中，而螺旋源的另一端是開放的，較佳地具有彈性結合160以連接易脆的介電螺旋管到金屬的擴散室。螺線管130是由直流電源供應器供電的。電流的方向或永久磁鐵的配置選擇使得磁場感應(B)點朝向介電圓柱體110的開放端。符號□及⊙分別表示在螺線管130中意味著電流進入紙平面或自紙平面出去。
在此，藉由適當選擇天線激發模式，產生的螺旋波將沿著管的軸線傳播而離開端部的法蘭140及氣體入口150。為了消除運作期間所產生的熱，天線及螺線管皆可經由冷卻管180以水冷卻，但也可使用其他液體。為了減少藉由天線射向周圍的射頻輻射，較佳以法拉第籠(Faraday cage)170環繞於螺旋源。
在另一顯示於圖4a及圖4b的實施例中，天線190具有平面螺旋形狀，位在螺旋源的封閉端。在此，來自天線190的射頻電源傳輸至電漿可經由介電窗195(pyrex玻璃、石英、氧化鋁)來實現。對於幾何學而言，第二彈性結合器可用以真空密封介電管的封閉端，與氣體入口150
的位置不同。
從螺旋放電的理論，電漿密度及平行波數量藉由已知磁場強度的螺旋分散方程式而相連結：
其中k為波數，ω p =(ne 2/ε 0 m e )1/2是電漿頻率，n是電漿密度，ω c =eB/m e 是在均勻一致背景的軸向磁場B中的電子-迴旋頻率，μ 0 是真空中磁滲透性，v p =ω/k ∥是螺旋波沿著管軸線的相位速度，m e 是電子質量而符號“∥”及“⊥”分別代表平行及垂直方向上的磁場感應向量。
通常，k ⊥ 是藉由管半徑J 1 (k ⊥ a)=0而固定的(具有第一種的Bessel功能J 1及管的內半徑a)。隨著在幾十電子伏特，例如50eV的電離剖面中的具尖鋒的氣體，螺旋共振要求v p =4.19×106ms-1,a=32/f及B=220na (2)
f的單位為MHz，a的單位為公分，n的單位為1013cm-3 ，B的單位為高斯。因此，對於典型的工業頻率f等於13.56MHz，管的直徑~5公分將需要磁場~275G以提供電漿密度為5×1012cm-3。
上述典型的螺旋源產生具有放射密度輪廓的電漿，其尖峰沿著介電圓柱體110的中心軸。甚至當使用在連接擴
散室，雖然有一點平坦，但擴散室內的密度輪廓仍然顯示出相同於圖2的不均勻的放射輪廓。因此，離子束的提取經由沿著正交於介電圓柱體的中心軸的軸而配置的一狹縫，導致一具有高電流密度在中心部分而具有低束電流密度在束周圍區域的尖峰的帶離子束輪廓。此特徵對於植入目的來說不能被接受，因為產生了不均勻的植入以及必然地不良的最終半導體裝置。
圖5a及圖5b為第一實施例的離子源200。二個螺旋電漿源100、300例如是與圖3、4相關連的電漿源。在軸向上相交於擴散室210。擴散室210的形狀較佳是圓柱體，較佳地具有直徑大於介電圓柱體110的直徑，例如20-50公分。螺旋源及擴散室相對齊，以使三個元件的中心軸是同在一條線上；換言之，三個元件是同軸的。提取孔徑230位在該擴散室上，且平行於擴散室的中心軸。提取孔徑的高度較佳是低的，例如3-5mm，擴散室的高度可由容納具有寬度35公分的帶狀離子束的提取狹縫來選擇，其允許直徑300mm的晶圓的植入。由於擴散室的長度沒有限制條件，較寬的50公分的提取孔徑用以進行下一代450mm直徑的晶圓的植入是可行的。
圖5b為一代表性擴散室的橫剖面圖。擴散室210的腔體240較佳是由鋁或相似的帶磁性的、具滲透性的材質所構成。在一實施例中，導電性的襯墊(liner)245配置在腔體內表面的周圍。襯墊245較佳是摻雜的碳化矽或石墨製成，具有兩個目的。第一是減少濺射及可能的電漿260的
污染，並由於腔體壁240而產生具有金屬的離子束270。第二是電性導電的本質確保電漿電勢的控制。
為了允許提取正離子，藉由高電位DC電源供應器(未繪示)，使腔在正電勢下電性偏移(biased)。在一實施例中，圖5b顯示單個提取孔徑，在提取光學元件250的協助下用以提取束。典型上，提取光學元件250包括一組具有不同電勢的電極，用以提取電漿260中的正離子。圖5b是一種三極管提取光學元件，但是八極管或五極管的組件也可使用。在一實施例中，孔徑的高度為3mm、長度為350mm，但其他尺寸或型態也是可行的。在第二實施例中，如圖5c所示，多個平行的孔徑用以允許提取多個小射束275，其進一步形成更高且更大的帶狀離子束270。
為了改善電漿260的均勻性，多尖端的磁場型態可被使用來較佳體認到永久磁鐵條(bar)280，例如Sm-Co或Nb-Fc-B磁鐵的排列沿著擴散室的長度的方向。這些磁鐵280被安裝以使面對擴散室210的腔體240的外表面的磁極在極性上交替。換句話說，一磁鐵列被安排以使北極朝向腔體240，而位於此列上相鄰於每一側的磁鐵被安排，以使各磁鐵的南極朝向腔體。這個圖案重複環繞於腔體的周圍，除了鄰近於提取孔徑230的周圍區域。為了使磁場線285盡可能多，在左側及右側擴散室壁上，多尖端磁場藉由連續地配置磁鐵280及在縱向列上具有相同的極性而產生，以形成圖5d所示的放射圖案。電漿中磁場強度B及磁場線285穿透的深度y是藉由周圍相互分離d的磁鐵
具有交替的極性，在磁鐵表面B 0 的磁場強度以及磁鐵的寬度△所控制的，方程式為：
藉由適當調整這些參數，強的磁場產生在腔體壁的附近，然而大量的電漿是無磁場的。在此，帶電的粒子(電子或離子)受到磁場線285的牽制而導致在腔體壁的低損耗、高電漿密度及均勻性的結果。磁場的強度可藉由增加鋼板290環繞於磁鐵的周圍以產生“軛(yoke)”效應而增加。在一實施例中，正方形剖面形狀的Sm-Co磁鐵具有寬度△=3/8”，d=3/4”，磁場強度在距離腔體壁1.5”處可得到50G。對於所提議的幾何學，產生的整個多尖端磁場造成電漿朝提取孔徑230偏移。由於提取孔徑區域沒有磁場，帶電粒子可自由地朝提取孔徑230移動因而高密度的離子束可以被提取。圖5b及圖5c中所示的虛線為界限，其介於大量無磁場的電漿以及具有強磁場存在的區域之間。
在圖6a至圖6d所示的另一實施例中，永久磁鐵280產生的多尖端磁場285排列成環繞的圖案：一列磁鐵具有相同的極性，例如具有朝向腔體內部的南極，被配置在腔體的周圍，除了提取孔徑的周圍區段之外。多尖端磁場產生於使用交替極性的磁鐵，即，在縱向距離d上分離的相鄰的周圍列將具有朝向腔體內部的南極及朝向腔體外部的北極。在左側及右側壁上的連續的圖案是藉由在圖6d中沿著同軸圓圈方向配置交替極性的磁鐵來達成。為了保護在運作期間產生的熱不會影響磁鐵，冷卻系統295(如圖6a
至圖6c所示)環繞於擴散室的周圍。冷卻劑可使用水，但也可使用其他冷卻液體或氣體。
圖5a至圖6d為二種代表性的型態以產生多尖端磁場。在二個實施例中，為避免射束受到不必要的磁場影響，離子束提取區域及大量的電漿是無磁場的，即，多尖端磁場在擴散室的周圍延展，除了提取孔徑的周圍區段之外。本領域具有技術者可採用其他技術及型態來達成此磁場。
二個螺旋源射出電漿到共用的擴散室中。由於每一個螺旋源中的軸向磁場在相對方向上，故每一個螺線管所產生的磁場在進入擴散室之前降為零。在某程度上可實現的是，螺線管正確地相對於擴散室，及左右側擴散室法蘭多尖端場而配置著。由於區域多尖端場的強度相對高，弱的軸向元件的磁場由擴散室中的螺線管所產生而被抵銷。產生的軸向磁場輪廓顯示在圖7中，將允許足夠高的磁場強度在螺旋模式中每個螺旋源的適當操作，同時，零軸向磁場在擴散室中允許多尖端磁場將電漿從壁擊退，但同時將電漿推向該提取孔徑。
圖8為不同型態電漿密度的代表性圖式。標示為“H1”及“H2”的線表示只有單個螺旋源噴射電漿至擴散室的情況時電漿密度相對於軸向位置的函數的代表性關係。注意密度隨著相對於電漿源100的軸向距離增加而增加。標示為“H1+H2”的線表示兩個螺旋源在作用的型態下，即，在一般的擴散室中加壓電漿，但擴散室沒有尖端磁場時的電漿密度的代表圖。注意個別電漿源的密度一起相加以產生
更均勻的電漿密度，其沿著擴散室的軸線方向而分佈。如此，電漿密度在擴散室210中隨著相對於第一螺旋源100的距離增加而降低的經驗由於第二螺旋源300的存在而被抵制。標示為“H1+H2+MM”的線表示兩個螺旋源在作用的型態下，且位在多尖端磁場內時的電漿密度的代表性輪廓。多尖端磁場的存在使電漿均勻性延伸其長度範圍。
注意當較佳實施例利用兩個螺旋源時，使用單個螺旋源而結合擴散室的揭露也可加以考慮。在實施例中，不均勻的束輪廓由於電漿密度沿著長度軸線的降低而產生，參見標示為“H1”的線，可以經由其他技術來抵制，例如使用具有不同高度的提取狹縫(在電漿密度減少的方向上漸進地增加)及/或引入磁場梯度(gradient)於擴散室中的多尖端磁場中。
以上描述的離子源允許在擴散室中產生的電漿密度有多種不同的方式。由於每個螺旋源是獨立供給工作氣體且真空幫浦是由公用的擴散室的提取孔徑來完成的，因此氣體流入每一個螺旋源的速率可以獨立地被改變。這將使電漿密度輪廓沿著長度方向進行微調整。第二種調整電漿密度及隱喻地(implicitly)調整束均勻性的方法是改變每一個螺旋源的磁場強度。由於電漿密度及螺旋波的波長與磁場強度有關，各源中的磁場強度增加或降低將允許電漿均勻性及提取的束輪廓有良好的控制。第三種可以均勻控制的方法是改變傳送至每個天線的電力(power)量。第四種可以均勻控制的方法是改變射頻電源供應器的頻率。微調每個
控制的方法可允許高寬帶離子束電流具有寬度延展上非常好的均勻性。可確實對大尺寸晶圓進行均勻的植入。
如上所述，本裝置可用於離子植入器。可以預期的是均勻的寬帶離子束，數百毫安培，具有大於350mm且小於500mm的寬度，可使用此離子源來產生。
然而，其用途不是只限制在典型的離子植入領域上。本裝置可應用在其他領域，例如可用在圖9所示的在晶圓上摻雜建構的太陽能電池。由於所期望的提取電流非常的高，所需要的摻雜較佳地在單個通道中可以很快被實現。在此案例中，晶圓510配置於例如輸送帶520的表面上，可帶動晶圓510通過帶狀離子束270的下方。在一實施例中，自動手臂500用以放置晶圓510於輸送帶520上。在本實施例中，束電流以及輸送帶520的速度可以設置在希望的值。植入之後，晶圓520例如以第二自動手臂530，從輸送帶510上移開。
在相似的方式下，太陽能電池箔片400如圖10所示，可以被摻雜。目前，經過在475℃的複雜的硫化過程和在135℃的中間退火步驟，可得到p-型CuIn1-xGaxS2箔片型式的太陽能電池。此過程花費超過90分鐘，因而生產率低。隨著之前描述的離子束源，箔片400可包覆在兩個馬達驅動的捲軸410、420上，箔片400可連續地通過真空室以使箔片400穿過束通道。高束電流將允許所希望的摻雜，較佳在單個通道中，經由束電流及捲軸轉速的建構而被快速地實現。圖10顯示本過程的簡單代表圖。用來射出
離子束270的腔體及擴散室以橫剖面圖來顯示。圖10中離子源的其他元件故意被省略以求清楚，但在本型態中是存在的。本離子束是帶狀，其長度尺寸是垂直於圖10的平面而測得。在一實施例中，太陽能電池箔片的寬度等於或略小於發射的帶狀離子束的寬度。本離子束轟擊一部分太陽能電池箔片400，當其通過擴散室210的提取孔徑的下方。在一實施例中，太陽能電池箔片400經由轉動捲軸410、420而輸送。箔片400暴露於離子束中的每個部分的時間可經由調整這些捲軸的速度而改變。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧電源供應器
2‧‧‧電漿源
3‧‧‧孔徑
4‧‧‧電極
6‧‧‧質量分析儀
8‧‧‧減速台
10‧‧‧校正器磁鐵
12‧‧‧第二減速台
14‧‧‧晶圓支撐件
16‧‧‧法拉第杯
20‧‧‧束
50‧‧‧離子植入器
100‧‧‧螺旋電漿源
110‧‧‧介電圓柱體
120‧‧‧天線
130‧‧‧磁鐵
140‧‧‧法蘭
150‧‧‧氣體入口
160‧‧‧結合
170‧‧‧法拉第籠
180‧‧‧冷卻管
190‧‧‧天線
195‧‧‧介電窗
200‧‧‧離子源
100、300‧‧‧螺旋電漿源
210‧‧‧擴散室
230‧‧‧提取孔徑
240‧‧‧腔體
245‧‧‧襯墊
250‧‧‧提取光學元件
260‧‧‧電漿
270‧‧‧離子束
275‧‧‧小射束
280‧‧‧永久磁鐵條
285‧‧‧磁場線
290‧‧‧鋼板
295‧‧‧冷卻系統
400‧‧‧太陽能電池箔片
410、420‧‧‧捲軸
500‧‧‧自動手臂
510‧‧‧晶圓
520‧‧‧輸送帶
530‧‧‧自動手臂
B‧‧‧磁場感應
圖1為代表性高電流離子植入器具的方塊圖。
圖2為典型的螺旋電漿源在擴散室中發射的電漿密度輪廓的圖表。
圖3a為習知的螺旋電漿源的主要元件，所繪示的是m=+1的Shoji型式天線，但Boswell或Nagoya III型式的天線也可以使用。
圖3b為圖3a中螺旋電漿源的橫截面剖面圖。
圖4a為使用平面螺旋天線的螺旋電漿源。
圖4b為圖4a中螺旋電漿源的橫截面剖面圖。
圖5a為第一實施例的雙螺旋離子源的側視圖。
圖5b為具有一個提取孔徑的擴散室的橫截面剖面圖。
圖5c為具有多個提取孔徑的擴散室的橫截面剖面圖。
圖5d為圖5a中離子源的端視圖。
圖6a為第二實施例的雙螺旋離子源的側視圖。
圖6b為在包含該直徑的平面上且平行於該提取孔徑的擴散室的長度方向的橫剖面圖。
圖6c為在包含該直徑及該提取孔徑的平面上的擴散室的長度方向的橫剖面圖。
圖6d為圖6a中離子源的端視圖。
圖7為感應於螺旋源和擴散室的軸向磁場的分佈圖。
圖8為代表性軸向電漿密度相對於不同的螺旋及擴散室配置的圖。
圖9是使用於建立在矽晶圓上之摻雜的太陽能電池的離子源配置圖。
圖10是使用在摻雜的太陽能電池箔片上的離子源配置圖。
100、300‧‧‧螺旋電漿源
110‧‧‧介電圓柱體
120‧‧‧天線
130‧‧‧磁鐵
140‧‧‧法蘭
170‧‧‧法拉第籠
200‧‧‧離子源
210‧‧‧擴散室
230‧‧‧提取孔徑
280‧‧‧永久磁鐵條
290‧‧‧鋼板
B‧‧‧磁場感應
Claims (11)
- 一種離子源，包括：a.一第一螺旋電漿源，包括：i.一第一介電圓柱體，具有第一中心軸，一第一封閉端以及一第一開放端；ii.一第一磁鐵，環繞於該第一介電圓柱體，適於產生一磁場於該中心軸的方向上，該磁場之磁場方向朝向該第一介電圓柱體的該開放端；以及iii.一第一天線能產生一螺旋波，且該螺旋波位於該第一介電圓柱體內；b.一第二螺旋電漿源，包括：i.一第二介電圓柱體，具有第二中心軸，一第二封閉端以及一第二開放端；ii.一第二磁鐵，環繞於該第二介電圓柱體，適於產生一磁場於該中心軸的方向上，該磁場之磁場方向朝向該第二介電圓柱體的該開放端；以及iii.一第二天線能產生螺旋波，且該螺旋波位於該第二介電圓柱體內；c.一用來定義擴散室的腔體，包括第一端及第二端，其中該擴散室的第一端是與該第一介電圓柱體的該開放端相通，而該擴散室的第二端是與該第二介電圓柱體的該開放端相通，且一提取孔徑具有一第一 尺寸比第二尺寸長，其中該第一尺寸平行於該第一介電圓柱體的中心軸。
- 如申請專利範圍第1項所述之離子源，其中該第二中心軸平行於該提取孔徑的該第一尺寸，並與該第一介電圓柱體的該第一中心軸同軸。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，更包括額外的磁鐵，環繞於該腔體以產生多尖端的磁場。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，更包括氣體入口，位於所述螺旋電漿源的該第一封閉端及該第二封閉端。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，其中該第一磁鐵與該第二磁鐵包括螺線管，而該離子源更包括一電源供應器，用以控制該些螺線管所產生的該些磁場。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，其中該第一磁鐵與該第二磁鐵包括螺線管，而該離子源更包括第一及第二電源供應器，而各個螺線管受到相對應的電源供應器的控制。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，其中該第一磁鐵與該第二磁鐵包括永久磁鐵。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，更包括一射頻電源供應器，其連接該第一天線與該第二天線並適於供電至所述天線。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，更包括一連接該第一天線的第一射頻電源供應器以及一連接該第二天 線的第二射頻電源供應器，每一射頻電源供應器適於供電至相對應的天線。
- 如申請專利範圍第8項所述之離子源，其中該射頻電源是經由兩個獨立的匹配網路而供電至該第一天線與該第二天線。
- 如申請專利範圍第2項所述之離子源，更包括鄰近於該提取孔徑的提取光學元件，適於將離子由該擴散室排出。
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