TWI521569B - 使用射束阻擋器執行工件的圖案化植入 - Google Patents

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Description

使用射束阻擋器執行工件的圖案化植入
本發明是關於圖案化植入，且更具體地說，是使用射束阻擋器的圖案化植入。
離子植入是用來將電導改變雜質引入工件的標準技術。一個所要的雜質材料在離子源中被離子化，離子被加速以形成指定能量的離子束，且離子束被導引至工件的表面處。射束中的高能離子穿透工件材料主體，並被嵌入工件材料的晶格中，以形成具有所要的導電性之區域。
在一例中，帶狀離子束被用來植入工件。帶狀離子束的橫截面具有長尺寸和短尺寸。舉例來說，長尺寸可指涉寬度或x-方向，雖然其他方向也是可能的。帶狀離子束可使用平行透鏡(parallelizing lens)來形成或可為掃描點束。
太陽能電池為使用矽工件的裝置之一例。對任何高效能太陽能電池生產或製造之成本降低，或對任何高效能太陽能電池之效率增進，將可能對全世界太陽能電池的實施有正面的影響，並將使這種潔淨能源技術具更廣泛的可利用性。
太陽能電池有很多不同的結構，兩種常見的設計為：選擇性射極(SE)和交叉背側接觸件(IBC)。選擇性射極太陽能電池在被陽光照射的輕度摻雜表面遍佈有高劑量條帶(high-dose stripe)。交叉背側接觸件太陽能電池在不被陽光照射的表面遍佈有交替的p-型和n-型條帶。選擇性射極 太陽能電池和交叉背側接觸件太陽能電池皆可被植入以摻雜各種區域。
太陽能電池或其他工件可能需要被植入，使得不同區域接收不同的劑量。在多數例子中，這種植入需要多重的植入步驟。對選擇性射極太陽能電池而言，一植入通常為遍佈太陽能電池整體的毯覆式植入，且第二次植入通常為在需要高劑量的特定區域內的選擇式植入。舉例而言，選擇性植入可使用光阻或模板光罩。使用二次植入會增加製造成本、增加生產時間，且生產設備上可能需要增加離子注入機的數量。進一步說，微影術既昂貴又耗時，且模板光罩可能難以正確對準。因此在本領域中有圖案化植入的需求，且更具體地說，是不同劑量同時被植入的圖案化植入。
根據本發明之第一態樣，提出一種離子植入的方法。所述方法包括產生具有長尺寸的離子束。在遍佈長尺寸的多個位置處阻擋部分離子束。於阻擋後，以第一劑量和第二劑量將離子束同步植入工件中。第一劑量對應於所述多個位置，且第二劑量高於第一劑量。
根據本發明之第二態樣，提出一種離子植入的方法。所述方法包括產生具有長尺寸的離子束。在遍佈長尺寸的多個位置處阻擋部分離子束。於阻擋後，同步植入離子束於工件中，以形成具有第一劑量的第一多個區域和具有大於第一劑量的第二劑量的第二多個區域。所述第一多個區 域對應於所述阻擋的所述多個位置。
根據本發明之第三態樣，提出一種離子植入的方法。所述方法包括產生具有長尺寸的離子束。在遍佈長尺寸的多個位置處阻擋部分離子束。所述阻擋的量是針對所述多個位置個別被控制。相對於離子束來掃描工件。執行工件的圖案化植入。第一劑量被植入於對應所述阻擋之所述多個位置的多個區域。高於第一劑量的第二劑量被植入工件的其餘區域。
根據本發明之第四態樣，提出一種離子植入的方法。所述方法包括產生具有長尺寸的離子束。在遍佈長尺寸的多個位置處阻擋部分離子束，以形成具有第一電流區和第二電流區的圖案化離子束遍佈於所述長尺寸。第一電流區的電流低於第二電流區且對應於所述多個位置。第一電流區和所述第二電流區兩者具有大於零的電流。相對於圖案化離子束來掃描工件。將圖案化離子束植入工件以使工件同時被植入第一電流區和第二電流區。
本文結合離子植入器來描述裝置及方法的實施例。但這些不同的實施例也可與其他涉入半導體製造的系統和製程或其他使用帶電粒子的系統一起使用。雖然特別提及太陽能電池，但對如半導體晶圓、發光二極體(LEDs)、平面顯示器之其他工件、或其他本領域具有通常知識者已知之工件亦可有所助益。進一步說，雖然揭露帶狀射束被，此處所揭露的實施例亦可應用於點射束或掃描式點射束。因 此，本發明不限於以下描述的特定實施例。
圖1為束線型離子植入機200的方塊圖。本領域具有通常知識者知道，束線型離子植入機200只是眾多可產生離子的束線型離子植入機之一例。因此，在此揭露的實施例不僅受限於圖1所示之束線型離子植入機200。
一般而言，束線型離子植入機200包括產生離子的離子源201，所述離子形成離子束202。離子源201可包括離子腔203。氣體被供應到離子腔203，氣體於離子腔203中被離子化。在一些實施例中，此氣體可為或可以包括或包含：p型摻質、n型摻質、碳、氫、惰性氣體、分子化合物，或其他本領域具有通常知識者已知的種類。因此生成的離子從離子腔203被提取出來以形成離子束202。離子束202穿過抑制電極204和接地電極205到質量分析器206。質量分析器206包括解析磁體207和具有解析孔隙209的屏蔽電極208。解析磁體207使離子束202中的離子偏轉，使得所要離子種類的離子穿過解析孔隙209。而不要的離子種類被屏蔽電極208阻擋，無法通過解析孔隙209。
所要離子種類的離子穿過解析孔隙209到角度校正器磁體210。角度校正器磁體210使得所要離子種類的離子偏轉，且將離子束從發散離子束轉換成具有大致上平行的離子軌跡的帶狀離子束212。束線型離子植入機200可進一步包括離子束能量調整單元215。離子束能量調整單元215可為(例如)將離子束的能量從第一能量改變至第二 能量的加速透鏡或減速透鏡。離子束阻擋器單元216阻擋一部分帶狀離子束212，且定位於終端站211或平台214的上游。
終端站211在帶狀離子束212的路徑中支撐一或多個工件(如工件213)，使得所要的離子種類被植入工件213中。舉例來說，工件213可為太陽能電池。終端站211可包括支撐一或多個工件的平台214。終端站211亦可包括掃描器(未顯示)，掃描器用來在垂直於帶狀離子束212橫截面的長尺寸上移動工件213，因而將離子分佈於工件213整個表面上。本領域具有通常知識者了解，於離子植入其間，離子束橫跨的整個路徑為排空的狀態。束線型離子植入機200可包括本領域具有通常知識者已知的額外構件，且在某些實施例中可併有離子的熱植入或冷植入。
圖2為離子束阻擋器單元216的剖面圖。當離子束阻擋器單元216(虛線顯示)在z方向移動以植入工件213時，會在帶狀離子束212的路徑中。離子束阻擋器單元216包括至少一阻擋器300。每個阻擋器連接至一驅動單元301，在y方向(如箭頭303所示)移動阻擋器300。阻擋器300的移動路程會影響有多少帶狀離子束212被阻擋或修整。驅動單元301可為壓電驅動器，或一些其他本領域具有通常知識者已知的系統。阻擋器300可以用石墨，或其他不會污染帶狀離子束212的材料所製造。
圖3為圖2所示離子束阻擋器單元216的前透視圖。圖3仍顯示帶狀離子束212在z方向的行進，但現在z方 向為出頁面方向。5個阻擋器300A~E顯示於圖3中，但其他組態也可使用，且本實施例的阻擋器不受限於五個。阻擋器300A~E可被配置為可在多重位置阻擋帶狀離子束212的陣列。驅動單元301在y方向移動阻擋器300A~E，且每個阻擋器300A~E可被個別移動。因此，阻擋器300A、300C、300E比300B、300D阻擋或修整更多帶狀離子束212。阻擋器300A~E的個別圖案根據所需要的圖案化植入、帶狀離子束212之非均勻性、或有多少帶狀離子束212需要被阻擋或修整。阻擋器300A~E也可被移出帶狀離子束212的路徑。控制器可用來決定個別阻擋器300A~E的放置或移動。此控制器可連接至可偵測帶狀離子束212之均勻性、輪廓或電流的測量裝置。
阻擋器300A~E雖以矩形所顯示，但其他形狀亦是可能的。例如，每個阻擋器300A~E可具有可阻擋或修整帶狀離子束212的多重雉堞(crenellations)或齒狀物。也可以採用其他形狀或圖案。圖4為阻擋器300之第二實施例的前透視圖。阻擋器300包括多個齒狀物302，因此每個阻擋器300可以阻擋離子束的多個部分。
圖5為經植入之太陽能電池100之前透視圖。太陽能電池100為具有第一劑量區101和第二劑量區102的選擇性射極太陽能電池之一實例。第二劑量區102有高於第一劑量區101的劑量。可施加導電接點(可為金屬)於第二劑量區102以形成太陽能電池100。在此揭露之實施例在沒有多重植入步驟下，允許同步摻雜第一劑量區101和第 二劑量區102。
圖6為使用圖3繪示之離子束阻擋器單元之太陽能電池的植入的上透視圖。離子束阻擋器單元216中的阻擋器300A~E對應圖3繪示的阻擋器。由於在y方向的放置，阻擋器300A、300C、300E比300B、300D阻擋或修整更多帶狀離子束212。阻擋器300A~E的帶狀離子束212下游分成第一電流區103和第二電流區104，其遍佈於帶狀離子束212之長尺寸或x方向。比起第二電流區104，第一電流區103被阻擋器300A~E阻擋更多，因此，第一電流區103具有較低的射束電流。這使得具有較高的射束電流之第二電流區104形成太陽能電池100中的第二劑量區102(以斜線顯示)。因此，太陽能電池100的第一劑量區101對應於阻擋器300A~E的位置，其中阻擋器300A~E經組態來阻擋或修整更多帶狀離子束212並形成第一電流區103。太陽能電池100可在y方向被掃描以植入整個表面。
在一特定實施例中，第二劑量區102有大於第一劑量區101三倍的劑量。在一實施例中，選擇性形成第一電流區103的阻擋器300A~E會阻擋三分之二的帶狀離子束212。在另一特定實施例中，第一電流區103或第二電流區104兩者皆無零電流。第一電流區103和第二電流區104兩者在本實施例中皆有些許電流。因此，第一劑量區101和第二劑量區102可有大於零的劑量。
圖7為顯示用於圖6實施例之射束輪廓對x位置的曲線。圖6繪示第一電流區103和第二電流區104，其亦繪 示於圖7所示的曲線中。阻擋器300A~E降低電流束以形成帶狀離子束212的第一電流區103。
圖8為顯示用於非均勻射束之射束輪廓對x位置的曲線。帶狀離子束212中的射束輪廓400可以為不完善或非均勻的。當此種射束輪廓可能影響太陽能電池或其他工件的植入時，圖3所示之阻擋器300A~E可用來塑造或修正射束。如圖8虛線所示，射束輪廓300可被阻擋或修整，以形成第一電流區103和第二電流區104。因此，可能致使太陽能電池或其他工件不精確摻雜的束線，仍可以使用來植入。對某些射束輪廓400而言，阻擋器300A~E可為個別控制且可形成和圖3所示鋸齒陣列不相似的獨特陣列來做補償。如果射束輪廓為特別非均勻的，可以用個別放置的方式。
阻擋器300A~E也可抵銷(compensate)帶狀離子束的擴充。形成帶狀離子束212的帶電粒子為造成擴充或「爆炸」(blow up)的原因之一。離子束阻擋器單元216中的阻擋器300A~E可被放置於工件或太陽能電池鄰近，以降低帶狀射束的擴充。亦可定位阻擋器300A~E來阻擋或修整部分帶狀離子束212，以計算來抵銷在離子束阻擋器單元216和工件213之間的任何擴充。更進一步來說，當部分帶狀離子束212(例如)影響或撞擊一阻擋器時，二次電子可以隨著阻擋器材料而被產生。這些二次電子可協助中和帶狀離子束。當帶狀離子束212變得較中性(neutralized)時，隨著帶狀離子束212不斷下游，將發生 較少的「爆炸」。
其一特別的效益是，離子束阻擋器單元中的阻擋器是動態的。單植入器可用於多重植入物種、帶狀離子束組態、不同的植入圖案、或不同的工件。阻擋器可隨這多樣的參數改變而調整，此法可降低設備成本。另一效益是，離子束阻擋器單元可確保工件的均勻植入。阻擋器可以分別調整，使得被植入到工件上的不同的區域為均勻的。此為超越(例如)模板光罩或光阻的改進，因為此二種方法不能調整離子束或補償離子束中的非均勻性。當模板光罩或光阻可以選擇性植入時，被植入的射束可為非均勻的。
本揭露不限於此處描述之特定實施例的範圍。確切地說，除了此處所描述的特定實施例，本揭露之其他各種實施例與修改對本領域具有通常知識者基於前述描述及其圖示為顯而易知的。因此，上述其他實施例與修改意指落入本揭露之範圍內。進一步說，雖然此處描述的本揭露的背景是為特定目的在特定環境的特定實施，本領域具有通常知識者將知道其效用不限於此。本揭露可為了任何目的到任何環境有益地實施。因此，後文所提出的申請專利範圍當以此處描述之本揭露的最廣範圍與精神來解釋之。
100‧‧‧太陽能電池
101‧‧‧第一劑量區
102‧‧‧第二劑量區
103‧‧‧第一電流區
104‧‧‧第二電流區
200‧‧‧束線型離子植入機
201‧‧‧離子源
202‧‧‧離子束
203‧‧‧離子腔
204‧‧‧抑制電極
205‧‧‧接地電極
206‧‧‧質量分析器
207‧‧‧解析磁體
208‧‧‧屏蔽電極
209‧‧‧解析孔隙
210‧‧‧角度校正器磁體
211‧‧‧終端站
212‧‧‧帶狀離子束
213‧‧‧工件
214‧‧‧平台
215‧‧‧離子束能量調整單元
216‧‧‧離子束阻擋器單元
300、300A~E‧‧‧阻擋器
301‧‧‧驅動單元
302‧‧‧齒狀物
303‧‧‧箭頭
400‧‧‧射束輪廓
為了更容易了解本揭露內容，以下是圖式資訊以供參考，其中：
圖1為束線型離子植入機的方塊圖。
圖2為離子束阻擋器單元的剖面圖。
圖3為圖2所示之離子束阻擋器單元的前透視圖。
圖4為阻擋器之第二實施例的前透視圖。
圖5為經植入之太陽能電池的前透視圖。
圖6為使用圖3繪示之離子束阻擋器單元之太陽能電池的植入的上透視圖。
圖7為顯示用於圖6實施例之射束輪廓對x位置的曲線。
圖8為顯示用於非均勻射束之射束輪廓對x位置的曲線。
212‧‧‧帶狀離子束
213‧‧‧工件
216‧‧‧離子束阻擋器單元
300‧‧‧阻擋器
301‧‧‧驅動單元
303‧‧‧箭頭

Claims (15)

  1. 一種離子植入的方法，包括：產生具有長尺寸的離子束；調整多個阻擋器的配置；在遍佈所述長尺寸的多個位置處用所述多個阻擋器來阻擋部分所述離子束，其中所述多個阻擋器在所述多個位置處被分別控制；以及在所述阻擋之後，以第一劑量和第二劑量將所述離子束同步植入工件中，其中所述第一劑量對應所述多個位置且所述第二劑量高於所述第一劑量，且所述第一劑量和所述第二劑量兩者皆大於零。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入的方法，其中所述離子束具有非均勻射束電流，且所述阻擋經組態以遍佈於所述工件均勻地植入所述第一劑量和所述第二劑量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入的方法，更包括相對於所述離子束來掃描所述工件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入的方法，其中所述阻擋經組態來抵銷所述離子束的擴充。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入的方法，更包括施加導電接點到經所述第二劑量植入的多個區域。
  6. 一種離子植入的方法，包括：產生具有長尺寸以及非均勻射束電流的離子束；基於所述非均勻射束電流來調整多個阻擋器的配置； 在遍佈所述長尺寸的多個位置處用所述多個阻擋器來阻擋部分所述離子束；以及在所述阻擋後，同步植入所述離子束於工件中以形成具有第一劑量的第一多個區域和具有大於所述第一劑量的第二劑量的第二多個區域，所述第一多個區域對應於所述阻擋的所述多個位置，且所述第一劑量和所述第二劑量兩者皆大於零。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入的方法，其中所述阻擋經組態以遍佈於所述工件均勻地植入所述第一劑量和所述第二劑量。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入的方法，其中所述阻擋在所述多個位置處個別被控制。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入的方法，更包括相對於所述離子束來掃描所述工件。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入的方法，其中所述阻擋經組態來抵銷該離子束的擴充。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入的方法，更包括施加導電接點到所述第二多個區域。
  12. 一種離子植入的方法，包括：產生具有長尺寸以及非均勻射束電流的離子束；在遍佈所述長尺寸的多個位置處阻擋部分所述離子束，其中所述阻擋的量是針對所述多個位置個別被控制，所述阻擋經組態以修正所述非均勻射束電流，並且在遍佈於工件的一個維度方向均勻地植入第一劑量和第二劑量； 相對於所述離子束來掃描所述工件；以及執行所述工件的圖案化植入，其中所述第一劑量被植入於對應所述阻擋之所述多個位置的多個區域，且其中高於所述第一劑量的所述第二劑量被植入所述工件的其餘區域，所述第一劑量和所述第二劑量兩者皆大於零。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之離子植入的方法，其中所述阻擋經組態以抵銷所述離子束的擴充。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之離子植入的方法，更包括施加導電接點到具有所述第二劑量的多個區域。
  15. 一種離子植入的方法，包括：產生具有長尺寸的離子束；在遍佈所述長尺寸的多個位置處使用經組態以在垂直於所述長尺寸的方向獨立移動的多個阻擋器來阻擋部分所述離子束，以形成具有第一電流區和第二電流區的圖案化離子束遍佈於所述長尺寸，所述第一電流區的電流低於所述第二電流區且對應於所述多個位置，且所述第一電流區和所述第二電流區兩者具有大於零的電流，其中在所述多個位置中的兩個位置處所述離子束的被阻擋的部分不相等；相對於所述圖案化離子束來掃描工件；以及將所述圖案化離子束植入所述工件以在遍佈於所述工件的一個維度方向同時植入所述第一電流區和所述第二電流區。
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