TWI660393B - 用來植入工件表面的罩幕組以及處理工件的方法 - Google Patents

Abstract

揭露一種處理太陽能電池的方法，進行連鎖圖案化離子植入以產生具有較重摻雜區域之輕摻雜表面的工件。此種配置可以用在多種實施例中，例如用於選擇性射極太陽能電池。此外，亦揭露用來產生於所需圖案的多種罩幕組。罩幕組可包括一或多個具有開口部分和圖案化部分的罩幕，其中該些開口部分之總合構成被植入表面的整體。該些罩幕的該些圖案化部分合併產生重摻雜區域的所需圖案。揭露用來植入工件表面的罩幕組以及處理工件的方法。

Description

用來植入工件表面的罩幕組以及處理工件的方法 【相關申請案之交叉參考】

本申請案主張於2014年2月12日提出的美國臨時專利申請案第61/938,904號的優先權，所述申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。

本揭露的實施例是有關於植入摻雜物至太陽能電池的方法，特別是產生選擇性射極表面的方法。

半導體工件通常會植入摻雜物來產生理想的導電性。舉例來說，太陽能電池可以被植入摻雜物來產生射極區。植入方式可以使用多種不同的機制。射極區的產生可以在太陽能電池中形成p-n接面。當光照射到太陽能電池，電子會被激發，產生電子-電洞對。經由入射光能量產生的少數載子，被拂掠越過位於太陽能電池中的p-n接面，因此產生可用來驅動外部負載的電流。

在一些實施例中，摻雜工件的一個表面，使得整體表面或是基本上整體表面具有第一摻雜物濃度。部份表面被摻雜的較重，以產生金屬接觸可以附著的區域。在一些實施例中，這些構形配置被用來產生選擇性射極太陽能電池。在這種構形配置下，金屬接觸下方的工件被重摻雜，以確保良好的接觸電阻和屏蔽來自少數載子的金屬接觸。在剩餘的輕摻雜表面，將少數載子的歐傑復合(Auger recombination)減到最低。

離子植入技術可以使用多道植入來產生選擇性射極表面。因此，離子植入方法能有效產生具有高度摻雜區域之輕摻雜表面的工件。

此處揭露一種處理太陽能電池的方法，其執行連鎖圖案化離子植入以產生具有較重摻雜區域之輕摻雜表面的工件。此種構形配置可以用在多種實施例中，例如選擇性射極太陽能電池。 此外，此處亦揭露用來產生於此處所需圖案的多種罩幕組。罩幕組可包括一個或多個具有開口部分和圖案化部分的罩幕，該些開口部分之總合構成被植入表面的整體。該些罩幕的該些圖案化部分合併產生重摻雜區域的所需圖案。

在一實施例中，揭露一種處理工件的方法。方法包括執行多個圖案化離子植入物至工件的表面，以產生具有較重摻雜區域圖案的輕摻雜表面。在某些實施例中，多個圖案化離子植入物 是在不破壞植入裝置的真空狀態下被執行，該植入裝置是用來執行所述多個圖案化離子植入物。在某些實施例中，執行步驟包括使用第一罩幕將離子植入至工件，並且使用相異於第一罩幕的第二罩幕將離子植入至工件，其中第一罩幕及第二罩幕分別包括可讓離子通過的開口部分和第一罩幕及第二罩幕當中至少其一包括圖案化部分，以及第一罩幕的開口部分和第二罩幕的開口部分之總合構成工件的表面整體。在更進一步的實施例中，所述表面的整體藉由離子通過開口部分而被輕摻雜，以及較重摻雜區域是經由離子通過圖案化部分而形成。

在另一實施例中，揭露一種用來植入工件表面的罩幕組。罩幕組中的每個罩幕包括開口部分，以及罩幕組中的至少一個罩幕包括圖案化部分，其中在使用罩幕組中的每個罩幕用以植入工件之後，工件的表面被輕摻雜，並且較重摻雜區域的圖案被形成於工件的表面。在某些實施例中，罩幕組包括恰好兩個罩幕。 在更進一步的實施例中，恰好兩個罩幕中分別的開口部分之總合構成工件的表面整體。

在另一實施例中，揭露一種處理工件的方法。方法包括使用罩幕來執行將第一圖案化離子植入至工件的表面，罩幕具有開口部分和圖案化部分；執行完第一圖案化離子植入後，在罩幕和工件之間產生相對應地移動；以及在相對應地移動後，使用罩幕來執行將第二圖案化離子植入至表面，使得在第一圖案化離子植入和第二圖案化離子植入後，工件的表面整體被輕摻雜，並且 較重摻雜區域的圖案被形成在工件的表面。在某些實施例中，第一圖案化離子植入後，罩幕被移動、旋轉或翻轉。在某些實施例中，在第一圖案化離子植入後，工件被旋轉。在更進一步的實施例中，開口部分和圖案化部分分別構成工件表面區域的50%。在某些實施例中，開口部分和圖案化部分排列為對稱，使得罩幕的旋轉或翻轉能夠產生互補罩幕，其中罩幕的開口部分和互補罩幕的開口部分之總合構成工件的表面整體。

10、120‧‧‧工件

20‧‧‧較重摻雜區域

100、200、300、400、500‧‧‧第一罩幕

101、111、112、201、202、301、501、511‧‧‧開口部分

110、210、310、410、510‧‧‧第二罩幕

113、211、212、502、512‧‧‧圖案化部分

203‧‧‧間隔物

213、311、412‧‧‧小開口部分

302‧‧‧小區域

401‧‧‧大開口部分

402‧‧‧小圖案化部分

411‧‧‧大圖案化部分

為了更理解本揭露，在此引入附圖作為參考，其中：

圖1A和1B揭露兩個用於太陽能電池的選擇性射極表面的常用配置示意圖。

圖2所示為第一實施例的罩幕組之示意圖。

圖3所示為第二實施例的罩幕組之示意圖。

圖4所示為第三實施例的罩幕組之示意圖。

圖5所示為第四實施例的罩幕組之示意圖。

圖6所示為第五實施例的罩幕組之示意圖。

如前所述，某些類型的太陽能電池(例如但不限於選擇性射極太陽能電池)，是經由產生包括較重摻雜區域(more heavily doped regions)的輕摻雜表面(lightly doped surface)所製造。後 續處理步驟中這些較重摻雜區域可用來連接金屬接點。工件上的此圖案可以被稱為選擇性射極表面(selective emitter surface)。

離子植入技術適於用來產生選擇性射極表面。可以植入一或多種摻雜物種類至工件以產生輕摻雜表面。可以植入額外的摻雜物種類到輕摻雜表面的特定部分以產生重摻雜選擇性射極區域。

用來執行離子植入的裝置可不受本揭露的限制。例如，在一實施例中，可以使用射束線離子植入機(beam line ion implanter)。射束線離子植入機具有一離子源，其產生離子束，離子束被導向工件。在一些實施列中，會分析離子束質量，所以只有具所需質量/電荷的離子被導向工件。在其他實施例中，不會分析離子束質量，故允許所有離子植入工件。離子束能量可以視需求透過設在離子束路徑中用於加速或減速離子束的電極來控制。離子束可以是帶狀束(ribbon beam)形式，其中離子束的寬度遠大於其高度。在其它實施例中，離子束可以是聚點束(spot beam)或掃描離子束(scanned ion beam)。離子源可以是伯納斯離子源(Bernas ion source)，或者可以使用電感或電容耦合以產生所需的離子。

在其它實施例中，所述裝置可以是一電漿室(plasma chamber)，工件設置於產生電漿的同一反應室中。可使用輻射源(RF source)來產生電漿，或也可用其他技術產生電漿。對工件施加偏壓以吸引電漿內的離子朝向工件，而使所需離子植入工件 中。其它類型的裝置也可以用來執行這些離子植入過程。

藉由在不破壞真空狀態下執行兩個(道)或多個(道)的植入(implants)，可以增加生產力和提高太陽能電池的效率。在相同的植入工具中進行多道離子植入而不破壞真空狀態，可以被稱為“連鎖植入(chained implant)”。除了降低成本，提高生產力和太陽能電池的效率，此方法可以進一步改善摻雜物輪廓。有許多不同方式可以將連鎖植入併入到太陽能電池生產製程中。這些過程可以在射束線離子植入機(有質量分析或是無質量分析)、電漿室或是其他離子植入系統內執行。

本方法包括兩個或多個離子植入，使用罩幕來執行每種離子植入。這些使用罩幕的離子植入，在此被稱為“圖案化植入(patterned implants)”。如本文所用，“罩幕”一詞是指一種陰影罩幕(shadow mask)或模板罩幕(stencil mask)，其是在離子植入期間與工件接觸或是設置在附近的實質區隔元件。例如“罩幕”一詞，如本文中所用，不包括硬式罩幕(其是透過沉積直接形成在基板上面)或是軟式罩幕(其是透過光阻材料應用於工件所形成)。此罩幕用於選擇性地阻擋部分工件被植入。本揭露描述應用兩個或多個圖案化植入來產生選擇性射極表面。

圖1A和1B揭露兩個用於選擇性射極表面的常用構形(configuration)。在這兩個圖中，工件10的表面整體被輕摻雜為第一濃度。摻雜物濃度可以介於1E18/立方厘米和1E20/立方厘米之間，但不限於本揭露。較重摻雜區域20被摻雜的程度更高，其 至少為工件10之其他部分的摻雜物濃度的兩倍。這些較重摻雜區域為選擇性射極。圖1A揭露一實施例，其重摻雜區域20(或是選擇性射極)包括多個凹槽或條紋。圖1B揭露一實施例，其重摻雜區域20包括點狀或圓形區域圖案。當然，選擇性射極也可以其他構形配置，並且也包括在本揭露的範圍內。前述圖及圖2-6的實施例僅為例示性目的。工件10和罩幕可以比該些圖所呈現的具有更多的點狀或條紋。因此，該些圖僅用於例示各實施例，但本揭露之內容並非限於該些實施例或所述圖示。

藉由在離子束源和工件之間引入罩幕，使用罩幕組來產生所需的選擇性射極表面。罩幕組是指用來執行多個連鎖圖案化植入(chained patterned implants)的一個或多個罩幕。每個罩幕包括一開口部分以及可以選擇性包括一圖案化位置。圖案化部份具有包括孔洞的阻擋材料，所述孔洞對應於重摻雜區域20，其如圖1A-1B所示可代表選擇性射極。開口位置是沒有任何阻擋材料的部分，使得離子可以自由通過整個開口部分。

在一些實施例中，兩個罩幕構成一罩幕組。在這些實施例中，兩個罩幕的開口部分互補，該些開口部分之總合構成將被植入的整體表面。同樣地，該些圖案化的部分是互補的，該些圖案化部分之總合構成將被植入的選擇性射極的圖案。換句話說，當罩幕組被用來執行連鎖植入時，其結果為輕摻雜表面具有較重摻雜區域20，如同圖1A-1B所示。

構成罩幕組的兩個罩幕可以多種方式進行配置。圖2所揭露為第一實施例。在本實施例中，第一罩幕100包括開口部分101，其暴露出大部分(但不是全部)的工件120。但第一罩幕100 並不具有圖案化部分。互補的第二罩幕110包括開口部分111和112，其設置在靠近工件120的外邊緣。互補第二罩幕110還包括圖案化部分113，其產生選擇性射極圖案。當利用第一罩幕100執行離子植入時，除了沿著工件120邊緣的狹窄區域，大部分的工件120都可以接收到均勻的第一劑量。使用互補第二罩幕110之離子植入提供同樣的第一劑量至工件120的外部狹窄區域，該區域為第一離子植入時未植入的區域。因此，開口部分101以及開口部分111、112之總合構成工件120的整體。此外，第二圖案化植入提供額外的離子至圖案化部份113以產生具有較高劑量的凹槽圖案，其工件120表面的其他部分。這個罩幕組可以用來產生如圖1A所示的選擇性射極表面。

圖2揭示第一罩幕100不具有圖案化部分的第一種構形。然而其它構形方式也可以。例如，第一罩幕100可具有開口部分101，其可一直延伸至工件120兩側中之一側的邊緣。依此方式，互補第二罩幕110可具有開口部分112僅位在圖案化部份113之一側。例如，第一罩幕100的開口部分可延伸超出工件120的左側邊緣。在本實施例中，互補第二罩幕110的開口部分112僅設置於圖案化部份113之右側，而開口部分111不存在。

當然，在其他實施例中，其中一個罩幕僅具有開口部分。 圖3所示為另一實施例，其中第一罩幕200包括被間隔物203所隔離的兩個開口部分201、202。第二罩幕210包括兩個圖案化部分211、212及設置於兩個圖案化部分211、212之間的小開口部分213。即，兩個開口部分201、202以及小開口部分213之總合構成工件120表面整體。

圖4揭露另一實施例，其中第一罩幕300包括開口部分301，其僅有一個小區域302被阻擋。第二罩幕310包括小開口部分311，其與第一罩幕300的小區域302位於同一個空間。第二罩幕310的其餘部分包括圖案化部分312，其產生如圖1A的選擇性射極圖案。

圖2-4所揭露實施例為使用兩個罩幕來產生選擇性射極表面。每一圖所示實施例中，其中一個罩幕包括僅有一個或多個開口部分，而第二罩幕包括至少一開口部分以及至少一圖案化部分。儘管圖2-4中所揭露的每個實施例都是被用來產生凹槽形式的選擇性射極(請見圖1A)，但本揭露不限於此。例如，可以圓形孔洞取代圖2之互補第二罩幕110或是圖4之第二罩幕310中的凹槽，以產生如圖1B所示的圖案。

在另一實施例中，兩個罩幕當中的每一個罩幕可以包括開口部分以及圖案化部分。例如，圖5所揭露的一實施例中，第一罩幕400包括大開口部分401以及包括單一圓形孔洞的小圖案化部分402。然而，小圖案化部分402可以包括任何數目的孔洞，而不限於圖5所揭露的構形態樣。互補第二罩幕410包括大圖案化部分411以及小開口部分412，其設置於與第一罩幕400的小圖案化部分402相同的位置。即，大開口部分401以及小開口部分412之總合構成工件120表面整體。

當然，其他構形配置方式亦可行。舉例來說，第一罩幕400的小圖案化部分402可以被延伸至涵蓋工件120表面的大部分。在此種配置中，互補第二罩幕410的小開口部分412也將會延伸至同樣的程度，使得大開口部分401以及小開口部分412之 總合構成工件120表面整體。

圖6顯示一特殊實施例，其中第一罩幕500以及第二罩幕510可以為同一個罩幕，而僅是在多次植入之間相對於工件120旋轉或翻轉。第一罩幕500具有位於右側之開口部分501以及位於左側之圖案化部分502，其中每個部分包括工件120整體表面區域的50%。第二罩幕510具有位於左側之開口部分511以及位於右側之圖案化部分512，其中每個部分包括下方工件整體表面區域的50%。將第一罩幕500順時針旋轉180°即產生第二罩幕510。 因此，在本實施例中，連鎖植入可以用兩種不同的方式來達成。 首先，可以在兩個連鎖圖案化植入中使用具有如圖6所示構形的兩個不同的罩幕。第二種方式，可使用第一罩幕500來進行第一植入。在植入完成後，第一罩幕500可對應於工件120而被旋轉180°，並且使用被旋轉的第一罩幕500來進行第二連鎖圖案化植入。在本實施例中，用來執行連鎖植入的罩幕組可包括以兩個不同方向使用的單一罩幕。在另一實施例中，第一罩幕500可以保持不動，而工件120可以被旋轉。因此，可以使用單一罩幕並藉由在罩幕以及工件120之間所產生的相對移動來進行兩個連鎖植入。在一實施例中，可以在兩個植入之間翻轉或是旋轉第一罩幕500以產生第二罩幕510。在第二個實施例中，可以在兩個植入之間旋轉工件120。

當然，包括圖6中第一罩幕500以及第二罩幕510之圖案化部分的凹槽可以被圓形孔洞所取代，以產生如圖1B的選擇性射極表面。此外，儘管圖6揭露了可使用一個罩幕的特殊構形配置，但還有其他類似的實施例。例如，該些開口和圖案化部分可 配置為水平方向，其中一個部份在上半部，另一個部分在下半部。 或者，兩半部分可以被對角線劃分。事實上，只要開口部分和圖案化部分各佔50%且排列為對稱，使得罩幕能透過旋轉或翻轉來產生互補罩幕，該些配置均可以採用。

除此之外，儘管圖6教示使用兩個相同(但被旋轉過的)罩幕的配置，仍有其他類似圖6配置的實施例使用兩個不同的罩幕。例如，第一罩幕500的開口部分可擴大而涵蓋超過50%的工件120表面。在本實施例中，第二罩幕510的開口部分將會減少相同的量，使得兩個罩幕開口部分之總合構成工件表面整體。

在上述每個實施例中，為了達到具有較重摻雜區域且均勻的輕摻雜表面，較佳作法為在兩個連鎖圖案化植入中使用同樣的摻雜物種類、摻雜能量以及摻雜物劑量。然而，需注意的是，在一些實施例中，多數是以單一罩幕提供開口部分，包括如圖2和圖4的配置，使用不同的摻雜物劑量來進行兩個連鎖植入是可接受的。

因此，於此揭露使用罩幕組來進行兩個連鎖圖案化植入的方法，這二個圖案化植入會導致工件具有一表面，該表面被均勻或近乎均勻地輕摻雜且具有較重摻雜區域，其可用作選擇性射極。基於上述，可以在離子植入裝置中以不破壞真空的方式來進行這些植入。

此外，此揭露描述一罩幕組。使用罩幕組的每個罩幕將工件圖案化植入之後，工件包括具有較重摻雜區域的輕摻雜表面，所述較重摻雜區域用作為選擇性射極。

前述揭露中描述連鎖圖案化植入，其包括兩個罩幕或植 入之間被旋轉或是翻轉的單一罩幕。但，本揭露不限於此。舉例來說，可以使用三個或是更多的罩幕來進行所述揭露的方法。如前所述，所有罩幕的開口部分之總合構成將被植入的工件的表面整體。此方法可藉由在每個罩幕或在該些罩幕的特定組中設置開口部分來達成。所述特定組可以是至少兩個罩幕或是在植入之間被移動、旋轉或翻轉的單一罩幕。同樣地，圖案化部分可存在於所有的罩幕，或其任意的特定組。

當使用三個或更多的罩幕時，一或多個的罩幕中可包括封閉部分。封閉部分是無孔洞的區域，所以沒有離子可以通過。 在一實施例中，三個罩幕中的每一個皆具有圖案化部分、封閉部分以及開口部分。在其他實施例中，僅有其中的兩個罩幕具有開口部分，第三個罩幕僅包括圖案化部分。在本實施例中，具有開口部分的兩個罩幕可以有或沒有圖案化部分。例如，在一實施例中，第一罩幕可以是包括60%面積的開口部分與包括剩餘面積的封閉部分。第二罩幕可以是包括40%面積的開口部分，因此這兩個開口部分的總合構成被植入工件的表面整體。在本實施例中，第三罩幕可以是包括整個表面的圖案化部分。當然，有更多可完成實施例，其中罩幕組中每個罩幕的開口部分之總合包括被植入工件的表面整體。

儘管上述揭露指出該些開口部分的總合構成表面整體，“表面整體”可被理解為包括表面整體，而且也包括幾乎整個表面。在一些實施例中，完全不摻雜某些小區域，像是一個或是多個工件的角落，是可以被接受的。“整個表面”也意指包括這些實施例。

本揭露不限於本文特定實施例的範圍。事實上，除了本文中所述的那些實施例，基於上述說明或所附圖示而修改本揭露的其他各種實施例對於該領域具有通常知識者將為顯而易見的。因此，該些其他實施例或修改的內容，將落入本揭露的範圍。除此之外，儘管本揭露於本文中已描述為了特定目的在特定環境中的特定實施方式，該領域具有通常知識者應理解其效用不限於此，並且本揭露可以有效地為了任意目的在任何環境中實現。因此，本文以下所描述的申請專利範圍應根據本揭露的全部範圍和精神來被闡述。

Claims (12)

1. 一種處理工件的方法，包括：執行多個圖案化離子植入至所述工件的表面，以產生具有較重摻雜區域之圖案的輕摻雜表面，其中所述執行步驟包括：使用第一罩幕植入離子至所述工件，並且使用相異於所述第一罩幕的第二罩幕植入離子至所述工件；其中所述第一罩幕及所述第二罩幕之每一個包括可讓離子通過的開口部分，而且所述第一罩幕及所述第二罩幕中至少一者包括圖案化部分；以及所述第一罩幕的所述開口部分和所述第二罩幕的所述開口部分之總合構成所述工件的表面整體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述多個圖案化離子植入是在不破壞用來執行所述多個圖案化離子植入的植入裝置之真空狀態下被執行。
3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述表面的所述整體藉由離子通過所述第一罩幕和所述第二罩幕的所述開口部分而被輕摻雜，以及所述較重摻雜區域是經由離子通過所述圖案化部分而形成。
4. 一種用來植入工件表面的罩幕組，其中所述罩幕組具有恰好兩個罩幕，且所述恰好兩個罩幕中每個罩幕包括：開口部分，其中所述恰好兩個罩幕中每個罩幕的所述開口部分之總合構成所述工件的所述表面整體；以及所述罩幕組中的至少一個罩幕包括圖案化部分，其中在使用所述罩幕組中的每個罩幕以植入所述工件之後，所述工件的所述表面的整體被輕摻雜，並且較重摻雜區域的圖案形成於所述工件的所述表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的罩幕組，其中所述圖案化部分包括多個凹槽或點狀物。
6. 如申請專利範圍第4項所述的罩幕組，其中所述恰好兩個罩幕中僅有其一包括圖案化部分。
7. 如申請專利範圍第4項所述的罩幕組，其中單一罩幕構成所述罩幕組，所述罩幕和所述工件在第一離子植入後第二離子植入執行前彼此相對應地移動。
8. 如申請專利範圍第4項所述的罩幕組，其中所述表面的所述整體藉由離子通過所述開口部分而被輕摻雜，以及所述較重摻雜區域是經由離子通過所述圖案化部分而形成。
9. 一種處理工件的方法，包括：使用罩幕來執行將第一圖案化離子植入至所述工件的表面，所述罩幕具有開口部分和圖案化部分，且在所述第一圖案化離子植入的期間，離子通過所述開口部分和所述圖案化部分植入所述工件；執行完所述第一圖案化離子植入後，在所述罩幕和所述工件之間產生相對應地移動；以及在所述相對應地移動後，使用所述罩幕來執行將第二圖案化離子植入至所述表面，使得在所述第一圖案化離子植入和第二圖案化離子植入後所述工件的所述表面整體被輕摻雜，並且較重摻雜區域的圖案被形成在所述工件的所述表面，其中在所述第二圖案化離子植入的期間，離子通過所述開口部分和所述圖案化部分植入所述工件。
10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中在所述第一圖案化離子植入後，所述罩幕被移動、旋轉或翻轉。
11. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中在所述第一圖案化離子植入後，所述工件被旋轉。
12. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中所述開口部分和所述圖案化部分分別構成所述工件表面區域的50%，其中所述開口部分和所述圖案化部分對稱排列，使得所述罩幕的旋轉或翻轉能夠產生互補罩幕，其中所述罩幕的所述開口部分和所述互補罩幕的所述開口部分之總合構成所述工件的所述表面整體。