TWI500797B - 用於離子佈植之方法及裝置 - Google Patents

Description

用於離子佈植之方法及裝置

本發明係有關離子佈植裝置以及用於至少一個基板的離子佈植的方法，其中，利用在放電空間內的電漿源而在該離子佈植裝置內產生具有至少10¹⁰ cm^-3 ，例如至少10¹⁰ cm^-3 至10¹² cm^-3 的離子密度的電漿，其中，該放電空間在待佈植的該基板的方向上被電漿限定壁所限定，該電漿限定壁具有彼此間隔開的多個通孔，所述電漿限定壁係處於電漿電位或最大值為±100 V的電位，並且該放電空間內的壓力係高於在該離子佈植裝置內該基板位於其中的空間內的壓力；其中，該基板被支撐在基板支架上，其基板表面與該電漿限定壁相對；並且其中，該基板和/或該基板支架被用作為基板電極，它被放置在相對於該電漿之如此高的負電位處而使得離子從該電漿中被加速於該基板的方向上並且被佈植入該基板中。

專利文件US 7,776,727 B2揭露了一種離子浸沒式佈植方法，其中，在放電空間內使用ICP(電感耦合電漿)放電而產生電漿。待佈植的基板被置於該電漿中。此外，該電漿藉由噴淋頭(showerhead)構造而提供有處理氣體，所述處理氣體在該電漿中被電離。該基板係支撐在基板支架上，而向其施加高頻的AC電壓。此外，借助DC電壓源而將卡盤DC電壓施加到該基板支架上，借助這種方 式，在該電漿中的卡盤DC電壓離子化的摻雜劑被加速於待佈植的基板的表面的方向上並且被佈植入後者中。在該離子佈植期間，待佈植的該基板的整個表面與該電漿直接接觸。這種佈植係在該整個表面上進行而進入到該基板的表面之中。該基板支架可以在該離子佈植的期間被冷卻。

和用於摻雜目的之上述電漿浸沒式佈植裝備並列的，此類裝備還可以被使用基板特性之有針對性的影響，例如硬度或斷裂強度。如同以上所描述的，此類裝備的運行沒有質量分離。該等基板或工件與該電漿係直接的、大面積的進行接觸。

如果想要的是在電漿浸沒式佈植裝備的幫助下進行對基板的選擇性佈植，在已知的佈植技術中，在基板上或在基板與電漿之間使用對多個待摻雜的區域進行限定的掩膜。在這種情況下，所使用之該等掩膜用高能離子來進行轟擊。和高的熱負荷以及濺射並列的，在這種情況下要求相應地更高的功率來加速該等離子。因此，在電漿浸沒式離子佈植的情況下，經常使用脈衝供電單元用於該加速電壓。

專利文件US 2006/0019039 A1揭露了提及的所屬類型的裝置以及方法，其中，使用了電漿浸沒式離子佈植。在這種情況下，利用在所有側上均被封閉的佈植室，在其中提供了處於電漿室以及處理室形式的子室，在它們之間提供了至少一個格柵，藉由該至少一個格柵而將離子從該電漿抽取出並且加速於該處理室內所提供的基板的方向上 。在這種情況下，該至少一個格柵以及該基板兩者可以被置於相對於該電漿的負電位下。該等離子室以及該處理室係以氣體技術的方式(gas-technologically)而彼此連接的並且由在該處理室處所提供的單一真空泵來予以排空。在該佈植過程中，這種待佈植的基板係位於該所有側都被封閉的佈植室之內。如果該基板比該電漿室的範圍大，則支撐在被整合於該處理室中的卡盤上的這個基板可以藉由該電漿下面的致動器臂而在該處理室內往復地移動。已知的佈植裝置的操作與基板的處理有關，其中，藉由晶圓傳送機器人，在各自的情況下僅一個基板被引入到該佈植室內並且隨後在佈植室中接受佈植(在佈植室所有側面被封閉之後)，並且在該佈植室已經打開之後，因此必須將所述基板從該佈植室內取出。因此，已知的裝備並不適合於在有效的持續時間內對多個基板進行佈植。

因此，本發明的目的在於提供用於離子佈植的方法以及裝置，該方法以及裝置以最高的可能效率而使得能夠進行在多個基板上的區域性的以及還有選擇性的離子佈植。

該目的首先藉由以上提及的所述類型的方法來予以實現，其中，將該至少一基板和/或基板支架移動到基板傳輸裝置上，該裝置與該電漿限定壁相對在朝向該放電空間的基板傳輸方向上沿著該放電空間而連續地或不連續地運行並且通過該放電空間，其中，該放電空間相對於其自該 空間中之氣體供應以及氣體抽取出係分開的，而該至少一個基板在該離子佈植期間係位於該空間中。

本發明提供新穎且改進之用以對基板進行離子佈植的方法。在這個方法中，該至少一個待佈植的基板不與該電漿直接接觸，並且此外它也並不位於與該電漿相同的、向外部封閉的真空反應器室內。反而，該至少一個基板被配置在該電漿之外，其中，該基板或該等基板可以藉由該基板傳輸裝置在該基板傳輸方向(由基板傳輸方向的直線行程所定義的)上自由地移動通過該電漿。在這種情況下，相反於機械手臂(handler)的原則，該等基板不被往復地傳送，而是沿著單一的基本的基板傳輸方向，也就是說，原則上是一條朝向該放電空間、沿著該放電空間並且最終離開該放電空間的直線，其中，其他的基板可以隨後直接被傳送於這個路徑上。

因此，依據本發明的裝置致能進行多個基板的佈植，該等基板可以在較短的時間期間內移動通過該電漿。在這種情況下，該等基板可以在該佈植之前直接通過預處理和/或在該佈植之後直接通過後處理，而無需複雜的基板處理，因為在這種情況下該等基板可以被保持在同一基板傳輸裝置上並且可以被後者進一步地傳輸。在該離子佈植的過程中，該等基板係保持在同一基板傳輸裝置上。在這種情況下，該傳輸的平面平行於該電漿限定壁的平面。僅需要在該佈植裝置與在上游以及下游配置的處理模組之間提供適當的介面，穿過該等介面，該等基板可以藉由該基板 傳輸裝置來予以傳送。藉由舉例，可以使用皮帶傳輸裝置或滾輪傳輸裝置作為基板傳輸裝置。在這種情況下，該等基板可以被直接地支撐在或者被保持在該基板傳輸裝置上或在藉由該基板傳輸裝置所傳輸的一或多個基板載具上。

依據本發明的方法因此致能藉由該基板傳輸裝置將在基板載具上於不同位置處提供的多個基板移動通過該放電空間並且在那裡同時地或順連續進行處理-視它們在該基板載具上的位置而定。

在依據本發明的方法中，依據一個實施例的變型，該電漿源還可以在該離子佈植的期間相對於該至少一個基板而移動。和上述的該至少一個基板通過該放電空間的移動(用以產生區域性佈植或具有特定的佈植圖案的佈植)並列的，另外可以使用基板以及電漿源的相對移動。

在該基板傳輸裝置的基板傳輸方向上在該放電空間的上游和/或下游設置的多個鎖尤其適合於作為該離子佈植裝置與用於該基板的預處理以及後處理室之間的介面。藉由位於該等處理室之間的該等鎖，該基板傳輸裝置上的該等基板被傳輸進入到該佈植裝置中並且在該離子佈植完成之後從後者中被傳輸出去，其中，在該等處理室之間沒有發生不利的氣體交換。

依據本發明，該電漿被該電漿限定壁所限定，該電漿限定壁與該電漿相接觸。該電漿限定壁同時形成了對於該放電氣體的流阻。因為該至少一個基板和/或基板支架可以被置於相對於該電漿的高的負電位處，所以該等離子通 過在該電漿限定壁內提供的多個通孔而從電漿中被加速於該基板的方向上並且被佈植入該基板中。在這個佈植期間，由該電漿限定壁內的該等通孔所形成的圖案被映射為該基板內被佈植的區域的圖案。藉由電漿限定壁內該等結構或通孔的厚度以及形式的選擇，有可能的是使電漿的密度適配對應的要求。

所想要的摻雜元素(例如，磷、砷、銻、鋁、或硼)的離子出現在該電漿中。該等離子僅穿透通過了其中設有該等通孔的電漿限定壁的區域，使得該等通孔的幾何形狀被映射到該基板中。該電漿限定壁係處於電漿電位或處於僅稍微地不同於該電漿電位的電位。在依據本發明之方法的情況下，沒有必要如習知技術中慣用的在該基板上或在該基板與該電漿之間的區域中使用對待摻雜進行限定的掩膜。因此，在依據本發明之離子佈植方法的情況下，消除了因使用掩膜所引起的熱負荷或濺射。其結果為避免了使用掩膜材料的基板污染。此外，消除了在該佈植之前，用以產生該基板上的掩膜而另外要求的額外的部分步驟。

此外，依據本發明的方法要求用於加速離子的電壓源的更低電功率。與習知技術相比，加速電壓可以減小。儘管本發明之用於離子佈植的方法具體地旨在是用於對基板進行摻雜，但是該方法還可以用於例如對基板進行蝕刻，在這種情況下所有在本專利申請案中包含的關於離子佈植的變型也可以在對基板進行蝕刻時使用。

較佳地，在依據本發明之方法的情況下，使用ECR 電漿源、ICP電漿源或Finkelstein類型的離子源作為電漿源。藉由舉例說明，ECR電漿還可以有利地在小於10^-4 毫巴至約10^-2 毫巴範圍的操作氣體壓力下有利地操作。該等電漿源具體地以下面的事實而著名：在低壓下，它們能夠進行高程度的離子化作用，具體地在依據本發明的方法中，這種高程度的離子化作用適合於區域性的結構的佈植。所提出的該等電漿源具有特別高的電漿密度。因此例如有可能從ICP電漿源抽取在約1 mA/cm² 至約10 mA/cm² 範圍內的離子流。這種類型的電漿源可以被用來在幾秒內產生，例如，在太陽能晶圓的情況下必需的離子佈植劑量。

在依據本發明之方法的情況下，還可以利用提供了高比例的多電荷離子的電漿源來確立適當的摻雜輪廓。對於相同的加速電壓，多電荷離子具有更高的、對應離子化程度的能量並且更深地滲透到該基板中。

為了能夠在佈植過程中產生線性的佈植區域或者能夠線性地掃描該基板，有利的是使用線性的可縮放電漿源作為電漿源。因此，藉由舉例說明，根據本發明之方法的可能應用在於，在太陽能電池的生產過程中，生產用於太陽能電池的後-側接觸連接的n-線和/或p-線。

此外，如果使用以一直線或圖案的形式彼此並列配置的多個單獨的電漿源作為電漿源，則這係有利的。因此，使得彼此係分開的但是儘管如此而被彼此並列配置的多個單獨的放電空間係可獲得的，它們可以被用來產生不同的佈植圖案。

已經證明了有利的是對該基板電極施加具有-5 kV至-100 kV之位準的負電位。在這個加速電壓範圍內，帶正電荷的離子可以從該電漿中非常良好地被加速於該基板的方向上，並且獲得了有利的離子進入到該基板中的滲透深度。

在本發明的一較佳的示例性實施例中，該負電位以負電壓脈衝的形式而被施加到該基板電極上。因此，該等離子能以脈衝的方式從該電漿中移動於該基板方向上。結果可以獲得的是，該基板不會被加熱那麼多，並且因此可以更好地實現該基板的冷卻。

然而，還有可能的是以脈衝的方式產生該等電漿本身。藉由這種方法，也有可能實現基板的更低的熱負荷。此外，多電荷離子可以有利地藉由脈衝的電漿發生器以高脈衝功率來予以產生，該等離子至該基板的加速要求更低的加速電壓。

在用於本發明的配置的一個特別有利的可能性中，該基板電極及電漿的脈動係以同步的方式相對於彼此而同相或有相位偏差(phase-offset)地來進行。在這種情況下，可能的是一方面該基板電極處的加速電壓脈衝並且另一方面該電漿的脈衝的活化作用以與彼此配合的方式來進行、以相對於彼此暫時偏移的方式來脈動、和/或該等脈動以彼此重疊的方式來進行。該基板電極以及電漿的同步脈動具有以下優點：其結果係，與習知的非脈動的運行相比，可以暫時地施加較高的電壓脈衝，使用這種脈衝可以暫時地獲得高的功率密度，其結果係有可能產生具有更高電 荷狀態的離子，並且因此有可能在該電漿內設定更高的離子密度。因此，這個程式使之有可能實現在該電漿中例如顯著地大於10¹² cm^-3 ，例如高達10¹⁵ cm^-3 的暫時的離子密度。結果係，即使使用總體上為低的功率，也有可能在待佈植的基板中獲得高的滲透深度。

較佳地，該電漿限定壁與該基板電極之間的距離被設定在1 mm與20 mm之間，視該基板電極處的負電位的位準而定。因此，根據該電漿密度給予一個20 kV的加速電壓，該基板與該電漿限定壁之間的距離為約3 mm至6 mm。在更高的加速電壓的情況下，該距離隨著該電壓而線性地增加。

有利的是使用至少一種含摻雜劑的氣體或含摻雜劑的蒸汽來操作該電漿源。這包括含磷化氫(PH₃ )、二硼烷(B₂ H₆ )、砷化氫(AsH₃ )、銻化氫(SbH₃ )、氯化磷(PCl₃ )、溴化硼(BBr₃ )、氯化砷(AsCl₃ )、有機金屬化合物的摻雜劑和/或以蒸汽存在的摻雜劑。

在根據本發明的一個有利的示例性的實施例中，在該電漿限定壁與該基板電極之間設置具有與在該電漿限定壁中通孔的配置相同的中間電極，其中，該中間電極係置於最大值為500 V之位準的正電位下。如果此種具有與該電漿接觸的、與該電漿限定壁中可比的通孔配置的中間電極被直接設置在該基板的上游，並且如果所述壁相對於該基板負偏，則可以防止次級電子在該電漿源的方向上不想要的加速。該中間電極用作為勢壘(potential barrier)，並 且因此作為電子減速格柵。此外，在這個實施例中，該中間電極可以被用來致能或阻擋從該放電空間的離子抽取，同時該電漿被保持在該放電空間內。這具有以下優點，亦即，與該電漿的開啟以及關閉相關的耗時的電漿瞬間恢復過程可以避免，並且儘管如此從該電漿的離子抽取能以適當的受控的方式來進行，以便例如結合該至少一個基板沿著該放電空間能夠在該至少一個基板上產生特定的佈植圖案的移動。

依據本發明之方法的一個實施例的變型，將該正電位以脈衝的方式施加到該中間電極上。結果係，該中間電極可以根據所進行的脈動而用以阻擋及開啟該電子或離子通道兩者。在這種情況下，在此特別有利的是該中間電極的脈動以同步的方式相對於該基板電極的脈動和/或該電漿的脈動彼此同相或有相位偏差地來進行。

如果在用作為電漿源的線性可縮放電漿源之下或在用作為電漿源的單獨的電漿源之下設置具有局部不同的通孔圖案(用以產生不同的佈植圖案)的中間電極，則對於依據本發明之方法的應用產生了特別有利的可能性。

已經證明了特別有利的是將該電極支架置於確定的溫度下。因此，藉由舉例說明，該基板可以在該離子佈植期間定位到冷卻台或卡盤上，該台或卡盤係配備有靜電的樣品架並且如需要時配備有氦氣或氫氣供應用以改進從該基板至該冷卻台或卡盤之間的熱傳遞。在這種情況下，該基板支架可以被用作為熱源或用作為散熱器。該基板支架的 溫度調節可以藉由用作為熱載具的液體或氣體而主動地進行。

如果該基板以及電漿源相對於彼此以恒定的速度而移動，則具有均勻的區域性佈植的實現方式係有可能的。此外，該基板與電漿源之間的相對移動還能以正向地或負向地加速的方式和/或使用基板和/或電漿源的受控的停留時間來進行。因此，藉由舉例說明，可以移動基質(matrix)，其結果係藉由根據本發明的離子佈植方法可以產生空間解析的摻雜。

在依據本發明之方法的另一變型中，在該基板與電漿源之間的距離係改變於該基板與電漿源的相對移動期間。距離的改變可以例如藉由基板和/或電漿源的3-D移動而進行。原則上，還可以想到的是允許該基板和/或電漿源振動。例如有可能的是在離子佈植期間藉由這種距離的改變而進行校正。

在依據本發明之方法的另一實施例中，在該基板以及電漿源的相對移動期間，該基板和/或電漿源的移動方向可以反向至少一次，使得該基板相對於該電漿源的暫時的往返移動係有可能的。然而，在這種情況下，保持了基本的基板傳輸方向。

因此，不同的電荷載具密度、電荷狀態和/或藉由該離子佈植載入的時間期間可以藉由基板相對於該電漿源的相對移動之有針對性的設定而進行不同地設定。

在本發明的一個同樣有利的實施例中，多個基板被沿 著該具有多個線性通孔的電漿限定壁之下的軌跡而引導。這種程序使其有可能同時地處理多個基板，該等基板被沿著該具有線性通孔的電漿限定壁之下的軌跡而引導。在這種情況下，如以上所解釋的，取決於該電漿限定壁內的通孔的實施例，該等基板可以在該電漿限定壁之下連續地或以規律的暫停而移動，從而以預定的方式來摻雜該等基板。

在根據本發明的方法的另一實施例中，該離子佈植穿過該基板的至少一個介電表面層而作用。該佈植例如可以穿過適當的薄介電層，例如氧化物或氮化物，來起作用，例如像在太陽能晶圓的情況下用於抗反射層所使用，用來設定適當的摻雜輪廓。

如果在根據本發明的方法的情況下在該離子佈植之後，該等佈植基板中的離子藉由熱處理、較佳地藉由RTP(快速熱處理)或燒製過程而被活化，則就已經證明這係特別有利的。佈植輪廓可以根據對應的要求而由此進行適配。

本發明的目的此外藉由用於以上提及的所屬類型的對至少一個基板進行離子佈植的離子佈植裝置，其中，該放電空間在待佈植的該基板的方向上被具有彼此間隔開的多個通孔的電漿限定壁所限定，所述電漿限定壁係處於電漿電位或最大值為±100 V之位準的電位，其中，該放電空間與在該離子佈植裝置中該基板處於其中的空間係分離開的，其方式為可以在該放電空間內設定比該基板處於其中的 空間內的壓力更高的壓力；其中，該基板可以被置於在基板支架上，其基板表面與該電漿限定壁相對；並且其中，該基板和/或該基板支架可以被放置在相對於該電漿的高的負電位處，這樣使得離子可以從該電漿中被加速於該基板的方向上並且可以佈植入該基板中；並且將該至少一個基板和/或基板支架可以移動到基板傳輸裝置中，該裝置與該電漿限定壁相對在朝向該放電空間的基板傳輸方向上沿著該放電空間而連續地或不連續地運行並且穿過該放電空間，其中，該放電空間相對於其氣體供應以及氣體從其中抽取的、並且該至少一個基板在該離子佈植過程位於其中的空間係分離開的。

在根據本發明的離子佈植裝置的情況下，類比所想要的結構的、具有多個通孔的電極被配置在該電極(旨在於其之內或之上產生至少一個部件)與該放電空間(其中，存在包括所想要的摻雜元素，例如磷、砷、銻、鋁或硼，的離子電漿，穿過該電漿限定壁)之間。在這種情況下，該電漿限定壁像掩膜一樣起作用，但不是這樣的掩膜。該電漿限定壁係處於電漿電位或處於僅稍微不同於該電漿電位的電位。將用於佈植的加速電壓施加在該電漿限定壁與該電漿限定壁前面的小距離處的至少一個基板之間。藉由所施加的加速電壓，正離子從該電漿抽取出並且被加速到該基板上。以此方式，該電漿限定壁的結構在電漿電位下被映射(mapped)到該基板上。

此外，在根據本發明的離子佈植裝置的情況下，一或 多個基板可以被自由地移動通過該放電空間。該等基板置於其中的空間依據本發明與該放電空間相對於該基板支架、該基板傳輸以及關於該氣體供應以及氣體抽取而分開。因此有可能將多個基板移動通過該放電空間並且將其在這個過程中佈植。這種佈植可以既在當該至少一個基板停止的同時又在該至少一個基板沿著並且穿過該放電空間移動的過程中完成，這在各自的情況下可以連續地並且還可以不連續地進行。這不僅提供了在短時間內對多個基板進行佈植的能力而且還獲得了在該佈植裝置的直接上游和/或直接下游為該等基板提供前處理或後處理室的選擇，該等基板可以藉由該基板傳輸裝置而從該該等室被傳輸出或被傳輸入其中，而沒有必須進行的複雜的處理操作。

在這種情況下，有利的是如果根據本發明的離子佈植裝置的一個實施例的變型，在該基板傳輸裝置的基板傳輸方向上在該放電空間的上游以及下游設置多個鎖，在該基板傳輸裝置上的至少一個基板可以穿過該等鎖而被傳輸到該離子佈植裝置中並且在離子佈植完成之後可以從後者中被傳輸出去。

根據本發明的一個有利的實施例，該電漿源為ECR電漿源、ICP電漿源或Finkelstein類型的離子源。此類電漿源使得在低壓下高度離子化是有可能的，此係依據本發明的離子佈植裝置的功能所要求的。因此，可以在該電漿內設定10¹⁰ cm^-3 至10¹² cm^-3 的高的離子密度。

為了能夠產生線性的結構，特別有利的是使用線性可 縮放電漿源作為電漿源。

此外，能夠有利的是，如果該電漿源包括以直線或圖案形式而彼此並列配置的多個單獨的電漿源。在這種情況下，該等單獨的電漿源形成了多個放電空間，該等放電空間彼此並置且其可被相同地或不同地使用。

在依據本發明的離子佈植裝置的一個有利的實施例中，該電漿限定壁與該基板電極之間的距離係在1 mm與20 mm之間，視該基板電極處的負電位的位準而定。然而，在本發明的大部分變型中，如果在該電漿限定壁與該基板電極之間的距離係在1 mm與5 mm之間，這就足夠了。

根據本發明的離子佈植裝置的一較佳的配置，該電漿源具有至少一用於含摻雜劑的氣體或含摻雜劑蒸汽的進料裝置(feed)。其結果係，該電漿源可以使用含有所想要的摻雜劑的氣體或蒸汽來進行操作。

已經證明特別有利的是，如果在該電漿限定壁與該基板電極之間設置具有與該電漿限定壁內通孔的配置相同的中間電極，其中，該中間電極係置於正電位處。因此，藉由該中間電極，有可能在該電漿與該基板之間形成勢壘，該勢壘具體地可以被用作為電子減速格柵，從而避免次級電子在該電漿源的方向上之所不想要的加速。此外，這種中間電極還可以用來影響離子從該電漿至基板的移動或加速。因此，該中間電極可以被置於特定的正電位處，例如以一種脈衝的方式。由此，該中間電極有可能被用作為切換電極用以開啟及關閉從該放電空間中的離子抽取。

特別有利的是，如果在根據本發明的離子佈植裝置的情況下，該電極支架可以用作為用於該基板的熱源或散熱器來操作。該基板由此能以標定的方式而被加熱或冷卻。該加熱或冷卻可以藉由使用液體或氣體作為熱載具來主動地進行。

在根據本發明的方法的一個有利的發展中，該中間電極的脈動以同步的方式相對於該基板電極的脈動和/或該電漿的脈動而彼此同相或有相位偏差地來進行。因此，施加到該中間電極上的該等電壓脈衝可以與該基板電極的脈動和/或該電漿的脈動以標定的方式相配合，以便以較低的功率而獲得最佳的佈植結果。

根據本發明的一個示例性的實施例，該電漿限定壁中的該等通孔以線性的或格柵形狀的形式來予以具體呈現。因此，取決於對應的要求，可以產生特定的佈植圖案，該等圖案在基板相對於電漿源的相對移動的情況下還可以被區域性地轉移到該基板上。

如已提及的，特別有利的是根據本發明的離子佈植裝置被呈現的方式為：使得該基板和/或電漿源在該離子佈植的過程中可以相對於彼此穿過彼此來移動。在這種情況下，如以上同樣地解釋的，存在用於進行基板相對於電漿源的相對移動的多種可能性。

在該等基板於該電漿限定壁之下的固定配置的情況下，具有大致恒定的電漿條件的電漿區域必須是足夠大的。然而，根據本發明，該等佈植參數可以藉由基板相對於該 電漿源前面的電漿限定壁的目標類型的移動而獲得。

在依據本發明的離子佈植裝置的情況下，由於與已知的佈植設備相比必然更高的總電流，因此X射線輻射發生以更高的劑量發生。這要求更複雜的保護措施。因此，本發明的一個實施例提供了對該離子佈植裝置的遮罩而使得在該過程中發生的X射線輻射被可信賴地吸收。藉由舉例，有利的是如果根據本發明的離子佈植裝置具有吸收X射線的殼體。

圖1以剖面側視圖示意性地示出了依據本發明之離子佈植裝置1的一個可能的實施例。所示的離子佈植裝置1用於至少一個基板2的離子佈植，該至少一個基板支撐在所展示的實例中的基板支架7上。原則上，所示出的裝置還可以用於對基板進行蝕刻。該至少一個基板2和/或基板支架還可以支撐在基板載具上或由該基板載具所保持。

該至少一個基板2為例如被用來生產太陽能電池的基板，例如像，晶體矽基板。該基板2還可以是已經被預先圖案化的。原則上，該基板2可以具有有特定結構的(textured)表面。此外，有可能的是在該基板2的基板表面8上提供至少一薄的介電層。藉由舉例說明，氧化物或氮化物(諸如被用作為例如太陽能電池晶圓中的抗反射層)考慮作為薄的介電層。適當的摻雜輪廓可以在該基板2上提供的介電層材料的幫助下被設定。

在所展示的示例性實施例中，支持該基板2在其上的基板支架7為冷卻的、並且相對於該離子佈植裝置1不是固定的基板支架。在本發明的其他實施例變的型(未顯示出)中，該基板支架7還可以是某些其他適當的基板支架，該支架例如還可以被加熱。基板支架7的冷卻和/或加熱可以直接地或間接地進行。藉由舉例說明，可以使用熱載具，例如氣體和/或液體以便將該基板支架7帶到預定的溫度。

該至少一個基板2係位於基板傳輸裝置上，藉由該裝置該至少一個基板2可以移動通過該佈植裝置。該基板傳輸裝置可以是例如皮帶傳輸裝置或滾輪傳輸裝置。在這種情況下，該至少一個基板2在傳輸期間可以藉由所述基板傳輸裝置而被直接地傳輸或者可以被支撐在基板支架(例如，基板載具)上或者藉由該基板支架來予以固持。在其中使用基板載具的情況下，該等基板2能以排、列或矩陣的方式而被支撐在其上。

依據本發明所提供的、該基底傳輸裝置與該基底2由後者在其中移動的空間，與該離子佈植裝置1的放電空間4相對於該基板支架、該氣體供應以及氣體抽取並不連接。該基板2可以再次獨立於該電漿空間而被傳送到所述空間中並且從該空間被傳送出。只不過是方便地向其他室提供了多個鎖，它們可以在該離子佈植裝置1的上游以及下游提供並且該基板2可以在其中進行適當的前處理和/或後處理。在這種情況下，該等鎖形成了基板2的適當的介 面或交換裝置，其中，在它們中基板2不必從該基板傳輸裝置中移開或轉移到一些其他的基板傳輸裝置上。

在圖1中的實例中，該基板表面8與電漿源3係相對地配置，在所示的示例性實施例中，該電漿源為ECR電漿源。在本發明的其他實施例的變型(未顯示出)中，依據本發明還有可能使用其他適當的電漿源，例如像是ICP電漿源或Finkelstein類型的電漿源。在根據本發明的離子佈植裝置1中使用的特定的電漿源3的前提為它可以產生具有10¹⁰ cm^-3 至10¹² cm^-3 高的離子密度的電漿。較佳地，該電漿源3的放電空間4內產生的單電荷離子以及多電荷離子的電漿均可以旨是在該電漿源3的幫助下產生。該電漿源3的放電空間4在該基板2的方向上被電漿限定壁6所限定。該電漿限定壁6係處於電漿電位亦或最大值為±100 V的電位。

在所示的實例中，該基板傳輸裝置的基板傳輸方向T平行於該電漿限定壁6而運行。

該電漿限定壁6具有多個彼此間隔的通孔5，其配置或圖案係在該基板2的佈植期間被映射到該基板2的基板表面8上。

利用以下事實，亦即，該電漿源3的放電空間4具體上是由該電漿限定壁6而與其餘的空間(特別是該至少一個基板2置於其中的空間)以氣體技術的方式來予以分開的，該放電空間4內的壓力可以被設定為比該離子佈植裝置1內該至少一個基板2位於其中的空間內的壓力更高。

在圖1示出的示例性實施例中，該至少一個基板2或支持該基板2於其上的基板支架7以及該電漿源3或至少該電漿源3的電漿限定壁6可以相對於彼此而移動。為了用圖來對其說明，圖1展示了針對基板支架7提供在其上的基板2的不同位置A、B、C。該基板2與電漿源3之間的相對可動性可以被用來在基板2以及電漿源3穿過彼此的移動期間使能進行基板2的均勻的、區域性的(areal)佈植。

在該離子佈植過程中，該基板2和/或該基板支架7被使用作為基板電極，該基板電極被放置在相對於該放電空間4內電漿的高的負電位處，這樣使得離子從該電漿中被加速於該基板2的方向上並且佈植入該基板2之中。藉由舉例說明，為此目的，對該基板電極(也就是說，該基板2和/或基板支架7)施加了具有-5 kV至-100 kV之位準的負電位。在這種情況下，有可能的是將該負電位以負電壓脈衝的形式施加到該基板電極上。另一方面，還有可能的是以脈衝的方式而在該放電空間4內自身產生該電漿。此外，如同以上所說明的，一方面該基板2和/或該基板支架7的脈衝的電壓源，另一方面該電漿的脈動，能利用暫時的高電壓脈衝以及因此暫時增加的在該電漿內的離子密度，以同步的方式相對於彼此同相或有相位偏差而進行，以便由此獲得離子在該基板2內的高的滲透深度，甚至是在給定的使用的低功率時。

在根據本發明的離子佈植裝置1的示例性實施例中， 如圖1展示的，在該電漿限定壁6與該基板2之間的距離為約3 mm至5 mm。然而，取決於該基板電極處的負電位位準，在該電漿限定壁6與該基板2或該基板電極之間的距離被設定在1 mm與20 mm之間。

在該離子佈植的期間，該電漿源3使用含摻雜劑的氣體或含摻雜劑的蒸汽來進行操作。為此目的，該電漿源3具有至少一個氣體進料裝置(在圖1中未分開地示出)，藉由該裝置可以將該氣體或蒸汽引入到該電漿源3的放電空間4之內。藉由舉例，所使用的含摻雜劑的氣體或含摻雜劑的蒸汽可以是含磷化氫、二硼烷、砷化氫、銻化氫、氯化磷、溴化硼、氯化砷、至少一種有機金屬化合物的磷、硼或砷和/或以蒸氣存在的摻雜劑。

藉由該電漿源3，該氣體或蒸汽在該放電空間4內被電離。這產生了至少單電荷的正離子，該等正離子由該基板電極上存在的負電位穿過該電漿限定壁6內的多個通孔5被加速於該至少一個基板2的方向上並且可以藉由高的加速電壓而被佈植入該至少一個基板2中。如同以上所提及的，在這種情況下，該電漿限定壁6(處於該電漿電位或一低的正電位)的結構被映射到該至少一個基板2上。藉由對參數的適當選擇，例如多條線的聚焦係有可能的(如需要時)。

如果直接的映射由於該電漿限定壁6內通孔5結構的形式係不可能的，則可以藉由在根據本發明的多個離子佈植裝置1之下、在以列或圖案形式來配置的多個單獨的電 漿源之下來依序地佈植，或藉由在各自的情況下在該至少一個基板2相對於該電漿源3的機械位移或移動之後的多次佈植，以實現所想要的幾何形狀。因此，藉由對該至少一個基板2相對於該電漿源3的移動的控制，例如在該電漿限定壁6內的通孔5為線性結構的情況下，在一個處理步驟中，均勻的摻雜以及限定面積的摻雜均是有可能的。

為了設定適當的摻雜輪廓，有可能在該基板2上使用介電層，例如像，在太陽能晶圓的情況下，氧化物或氮化物被用於抗反射層，並且有可能的係穿過所述介電層而進行佈植。

適當的摻雜輪廓還可以藉由根據圖1設定該電漿源3或者藉由將其用某些其他適當的電漿源3(其方式為使得該電漿源3供應高比例的多電荷離子)替換來設定。對於在該基板電極處相同的加速電壓，該等多電荷離子具有與離子化程度相對應的更高的能量，並且結果係在該離子佈植期間更深地滲透到該基板2之中。

藉由電漿限定壁6內通孔5的厚度以及形式的選擇，可以使從該電漿抽取的離子的離子密度來適配該等對應的要求。

儘管在圖1中並未分開地示出，該離子佈植裝置1較佳地具有可信賴地吸收該過程中產生的X射線輻射的屏蔽(shield)。因此，該離子佈植裝置1可以具有例如吸收X射線的殼體。

如在圖1中所示的，該電漿限定壁6不應該等同於在 習知的浸沒式離子佈植裝置中所使用的抽取電極。依據本發明，針對在該放電空間4內從該電漿中的離子抽取，使用了基板電極，亦即，基板2或基板支架7，在此處存在相對於該電漿的高的負電位。該電漿被置於其中的空間與該基板2被置於其中的空間係由該電漿限定壁6所分開，因此有可能在該放電空間4內設定比該基板2被置於其中的空間內更高的電壓。至少10¹⁰ cm^-3 或典型上為10¹⁰ cm^-3 至10¹² cm^-3 的高離子密度以及還有該基板2被置於其中的空間內的低電壓係對於根據本發明的離子佈植方法的可佈植性絕對必須的先決條件。

不考慮以下事實，亦即，使一方面在圖1內示意性地展示的並且包括電漿源3與電漿限定壁6的基礎構造，另一方面基板電極2，7得以滿足以便能夠使用根據本發明的離子佈植方法，能夠有利的是使用如圖2示意性地展示的本發明的實施例的變型。因此，圖2展示了依據本發明的離子佈植裝置1’，其中在該電漿限定壁6與該基板電極2，7之間設置中間電極9。在該中間電極9內設置多個通孔10，所述通孔的圖案對應於在電漿限定壁6內的通孔5的配置。該中間電極9可以被置於最大值為500 V之位準的正電位處。藉由該中間電極9可以防止次級電子在該電漿源3的方向上不想要的加速。因此該中間電極9可以被使用作為切換電極，用於開啟並且阻擋從該放電空間4中的離子抽取。

該正電位還能以脈衝的方式被施加到該中間電極9上 。在這種情況下，有可能的是該中間電極9的電壓源脈動相對於在該基板2或基板支架7處存在的加速電壓的脈動和/或該電漿的脈動以同步的方式進行。在這種情況下，對應的電壓脈衝可以同相或有相位偏差地被施加到該中間電極9、該基板電極2，7和/或該電漿上。

圖2展示的離子佈植裝置1’的另外的離子佈植特徵對應於來自圖1的離子佈植裝置1中的那些，參見以上關於該等特徵的解釋內容。

圖3以平面視圖示意性地示出了具有格柵狀通孔5的電漿限定壁6的一個可能的實施例的變型。

圖4和5同樣分別示意性地示出了在電漿限定壁6內的通孔5’和5”的可能的實施例。取決於該電漿限定壁6內的通孔5、5’或5”的實施例，該基板2可以在該電漿源3的電漿限定壁6之下連續地或以規律的暫停而移動，從而以預定的方式來摻雜該等基板2。因此，藉由舉例，圖4的實施例示出了通孔5’的格柵形狀的配置，而圖5的實施例示出了通孔5”的線性配置。在這種情況下，對於該電漿限定壁6內的通孔5、5’、5”的配置原則上未加限制。然而，電漿限定壁6內的通孔5、5’、5”必須以彼此間隔開的方式來形成。

1‧‧‧離子佈植裝置

2‧‧‧基板

3‧‧‧電漿源

4‧‧‧放電空間

5‧‧‧通孔

6‧‧‧電漿限定壁

7‧‧‧基板支架

8‧‧‧基板表面

9‧‧‧中間電極

10‧‧‧通孔

1’‧‧‧離子佈植裝置

5’‧‧‧通孔

5”‧‧‧通孔

下面參照附圖更加詳細地說明本發明的較佳實施例、以及其構造、功能和優點，在附圖中： 圖1以剖面側視圖示意性地示出了根據本發明的離子佈植裝置的一個可能的實施例；圖2以剖面側視圖示意性地示出了根據本發明的離子佈植裝置的另一可能的實施例；圖3以平面視圖示意性地示出了根據本發明的離子佈植裝置的一個實施例的、具有格柵類型的多個通孔的電漿限定壁；圖4以平面視圖示意性地示出了根據本發明的離子佈植裝置的一個實施例的，在電漿限定壁內的通孔構造的另一部件變型；並且圖5以平面視圖示出了根據本發明的離子佈植裝置的一個實施例的，在電漿限定壁內的通孔構造的再一實施例的變型。

1‧‧‧離子佈植裝置

2‧‧‧基板

3‧‧‧電漿源

4‧‧‧放電空間

5‧‧‧通孔

6‧‧‧電漿限定壁

7‧‧‧基板支架

8‧‧‧基板表面

Claims (22)

1. 一種用於至少一個基板(2)之離子佈植的方法，其中，經由在放電空間(4)內的電漿源(3)而在離子佈植裝置(1，1’)中產生具有至少10¹⁰ cm^-3 的離子密度的電漿，其中，該放電空間(4)在待佈植的該基板(2)的方向上被具有彼此間隔開的多個通孔(5)的電漿限定壁(6)所限定，該電漿限定壁係處於電漿電位或最大值為±100V的電位，並且該放電空間內的壓力係高於其中之該基板(2)係位在該離子佈植裝置(1，1’)內基板之空間內的壓力；其中，該基板(2)支撐在基板支架(7)上，而使其基板表面(8)與該電漿限定壁(6)相對；並且其中，將該基板(2)和/或該基板支架(7)用作為基板電極，該基板電極被放置在相對於該電漿的如此之高的負電位處，而使得離子從該電漿被加速於該基板(2)的方向上並且被佈植入該基板(2)之中，其中，該至少一個基板(2)和/或該基板支架(7)移動於基板傳輸裝置上，而該裝置與該電漿限定壁(6)相反地運行於朝向該放電空間(4)的基板傳輸方向(T)上，連續地或不連續地沿著該放電空間(4)並且通過該放電空間(4)，其中，該放電空間(4)相關於其從在該離子佈植期間該至少一個基板(2)在位於其中的空間中之氣體 供應以及氣體排放係分開的，其中，將該至少一個基板(2)和/或該電漿源(3)以均一速度而正向地或負向地加速，和/或以受控的停留時間而移動通過彼此，其中，該基板(2)與電漿源(3)之間的距離係改變於該基板(2)與電漿源(3)的相對移動期間，並且其中，該基板(2)和/或電漿源(3)係以振盪的方式而垂直地移動或三維地移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，設置在基板載具上於不同位置(A、B、C)處的多個基板(2)係藉由該基板傳輸裝置而移動通過該放電空間(4)。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，在該基板(2)與電漿源(3)的相對移動期間，該至少一個基板(2)和/或該電漿源(3)的移動方向被反向至少一次。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，在該基板傳輸裝置的基板傳輸方向上，鎖係設置在該放電空間(4)的上游及下游，該基板傳輸裝置上的至少一個基板(2)經由該等鎖而被傳輸到該離子佈植裝置(1，1’)中，並且在完成離子佈植之後從後者中被傳輸出去。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，將該負電位以負電壓脈衝的形式施加到該基板電極(2，7)上，該電漿以脈衝的方式而被產生，並且以同步的方式，相對於彼此同相或有相位偏差地實施該基板電極(2，7) 及該電漿的脈動。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，線性可縮放電漿源被使用作為電漿源(3)。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，以直線或圖案的形式而彼此並列地配置的多個單獨的電漿源被使用作為電漿源(3)。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，在該電漿限定壁(6)與該基板電極(2，7)之間設置具有與該電漿限定壁(6)中相同的通孔(10)的配置之中間電極(9)，其中，將該中間電極(9)放置在最大值為500V之位準的正電位處，其中，利用該中間電極(9)的該電位以便致能或阻擋自該放電空間(4)中的離子抽取，且同時該電漿被保持在該放電空間(4)中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，將該正電位以脈衝的形式而施加到該中間電極(9)上，並且該中間電極(9)的脈動係以相對於該基板電極(2，7)的脈動和/或該電漿的脈動而以同步的方式相對於彼此同相或有相位偏差地進行。
10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，在該線性可縮放電漿源之下或在該等單獨的電漿源之下設置多個中間電極(9)，該等中間電極具有局部不同的通孔(10)的圖案用以產生不同的佈植圖案。
11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，藉由控制器，將放電空間(4)指派給選自不同的中間電極 (9)中之至少一個中間電極(9)，而該等不同的中間電極具有局部不同的通孔(10)圖案用以產生不同的佈植圖案及分開的電壓源。
12. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，沿著在具有多個線性通孔(5”)的該電漿限定壁(6)之下的軌跡而引導多個基板(2)。
13. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，在該離子佈植之後，將該等佈植入該至少一個基板(2)中的離子藉由RTP或燒製過程之熱處理來予以活化。
14. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，該離子能量和/或該佈植劑量係改變於該離子佈植期間。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，在該離子佈植期間，具有不同的電位位準的脈衝被連續地施加到該基板電極(2，7)上。
16. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中，該方法被使用來蝕刻該至少一個基板(2)。
17. 一種用於至少一個基板(2)之離子佈植的離子佈植裝置(1，1’)，其中，該離子佈植裝置(1，1’)具有一帶有放電空間(4)的電漿源(3)，藉由該電漿源可以產生具有至少10¹⁰ cm^-3 的離子密度的電漿，其中，該放電空間(4)在待佈植之該基板(2)的方向上被具有彼此間隔開的多個通孔(5)的電漿限定壁(6)所限定，該電漿限定壁係處於電漿電位或處於最大值為±100V之位準的電位，其中，該放電空間(4)與該 離子佈植裝置(1，1’)內之該基板(2)位於其中的空間係分開的，其方式為使得與該基板(2)位於其中的空間相比，在該放電空間(4)內可以設定更高的壓力；其中，可以將該基板(2)置放於基板支架(7)上，而使其基板表面(8)與該電漿限定壁(6)相對；並且其中，該基板(2)和/或該基板支架(7)可以被放置在相對於該電漿之如此高的負電位處而使得離子可以從該電漿中被加速於該基板(2)的方向上並且可以被佈植入該基板(2)中，其中，該至少一個基板(2)和/或該基板支架(7)移動於基板傳輸裝置上，而該裝置與該電漿限定壁(6)相反地運行於朝向該放電空間(4)的基板傳輸方向(T)上，連續地或不連續地沿著該放電空間(4)並且通過該放電空間(4)，其中，該放電空間(4)相關於其從在該離子佈植期間該至少一個基板(2)在位於其中的空間中之氣體供應以及氣體排放係分開的，並且其中，該電漿源(3)包括以直線或圖案的方式而彼此並列配置的多個單獨的電漿源。
18. 如申請專利範圍第17項所述之離子佈植裝置，其中，在該基板傳輸裝置的基板傳輸方向上，鎖係設置在該放電空間(4)的上游及下游，在該基板傳輸裝置上的至少一個基板(2)可以經由該等鎖而被傳輸到該離子佈植裝置(1，1’)中，並且在完成離子佈植之後可以從後者 中被傳輸出去。
19. 如申請專利範圍第17或18項所述之離子佈植裝置，其中，該電漿源(3)為線性的可縮放電漿源。
20. 如申請專利範圍第17或18項所述之離子佈植裝置，其中，在該電漿限定壁(6)與該基板電極(2，7)之間設置具有與該電漿限定壁(6)中相同的通孔(10)之配置的中間電極(9)，其中，該中間電極(9)可以被置放在正電位處，且因而用作為切換電極，用以開啟和阻擋離子自該放電空間(4)中的抽取出。
21. 如申請專利範圍第17或18項所述之離子佈植裝置，其中，該電漿限定壁(6)中的該等通孔(5)係以線性或格柵形狀的形式來予以具體呈現的。
22. 如申請專利範圍第17或18項所述之離子佈植裝置，其中，該離子佈植裝置(1，1’)具有吸收X射線的殼體。