專利名稱：供在太陽(yáng)能電池制造中使用的等離子體格柵注入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及太陽(yáng)能電池和其它大型襯底注入應(yīng)用領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池器件及其形成方法。
背景技術(shù)：
雖然晶片的傳統(tǒng)的束流線注入可以提供高的功率密度，但是它具有若干弊端。例 如，它僅提供單個(gè)子束。此外，它在小束斑中使用大量功率，并且晶片變得很熱。結(jié)果，生產(chǎn)率低下。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種等離子體格柵注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括等離子體源，被配置成提供等離子體；第一格柵板，包括被配置成允許來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子通過的多個(gè)孔，其中第一格柵板被配置成由電源在DC模式中連續(xù)地或者在脈沖模式中正向偏置；第二格柵板，包括被配置成在離子通過第一格柵板之后允許離子通過的多個(gè)孔，其中第二格柵板被配置成由電源在DC模式中連續(xù)地或者在脈沖模式中負(fù)向偏置；以及襯底保持器，被配置成在如下位置支撐襯底，在離子通過第二格柵板之后在該位置向襯底注入離子。在某些實(shí)施例中，第一格柵板、第二格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)的位置被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)，均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨襯底保持器上的襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中該單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)襯底保持器上的襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中該多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子形成。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括布置在第二格柵板與襯底保持器之間的第三格柵板，并且第三格柵板包括被配置成在離子通過第二格柵板之后允許離子通過的多個(gè)孔。在某些實(shí)施例中，第三格柵板接地。在某些實(shí)施例中，第三格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)的位置被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)，均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨襯底保持器上的襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中該單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)襯底保持器上的襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子形成。
在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔基本上為圓孔。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔為伸長(zhǎng)槽。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔中的每個(gè)孔包括頂端和底端，其中底端比頂端更接近襯底保持器，并且其中每個(gè)孔的直徑從頂端向底端漸增。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板包括選自由硅、石墨、碳化硅和鎢組成的群組中的材料。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括由室壁限定的室，其中等離子體區(qū)、第一格柵板和第二格柵板容納于室內(nèi)，并且其中室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥等離子體區(qū)中的離子。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或者多個(gè)磁體耦合到室壁。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種離子注入方法。該方法包括在室的等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體；正向偏置第一格柵板，其中第一格柵板包括多個(gè)孔并且布置在第一位置；負(fù)向偏置第二格柵板，其中第二格柵板包括多個(gè)孔并且布置在第一位置；使來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子流過正向偏置的第一格柵板中的孔；使流過正向偏置的第一格柵板中的孔的離子的至少部分流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔；以及向襯底注入流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分，其中襯底布置在第一位置。
在某些實(shí)施例中，陰影掩模(shadow mask)布置在與襯底相距預(yù)定距離處，該陰影掩模包括穿過該陰影掩模形成的多個(gè)開口，并且該方法還包括在對(duì)襯底進(jìn)行注入之前使流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分流過陰影掩模中的開口。在某些實(shí)施例中，光阻劑掩模(photoresist mask)放置成與襯底接觸,該光阻劑掩模包括穿過該光阻劑掩模形成的多個(gè)開口，并且該方法還包括在對(duì)襯底進(jìn)行注入之前使流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分流過光阻劑掩模中的開口。在某些實(shí)施例中，該方法還包括將第一格柵板、第二格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)的位置調(diào)節(jié)至第二位置；在調(diào)節(jié)至第二位置之后在等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子流過正向偏置的第一格柵板中的孔；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使流過正向偏置的第一格柵板中的孔的離子的至少部分流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔；以及在調(diào)節(jié)至第二位置之后向襯底注入流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分，其中當(dāng)?shù)谝桓駯虐?、第二格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)在第一位置時(shí)執(zhí)行的注入形成跨襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且其中當(dāng)?shù)谝桓駯虐?、第二格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)在第二位置時(shí)執(zhí)行的注入形成襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子形成。在某些實(shí)施例中，第三格柵板布置在第二格柵板與襯底之間，第三格柵板布置在第一位置并且包括被配置成在離子通過第二格柵板之后允許離子通過的多個(gè)孔。在某些實(shí)施例中，第三格柵板接地。在某些實(shí)施例中，該方法還包括將第一格柵板、第二格柵板、第三格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)的位置調(diào)節(jié)至第二位置；在調(diào)節(jié)至第二位置之后在等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子流過正向偏置的第一格柵板中的孔；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使流過正向偏置的第一格柵板中的孔的離子的至少部分流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分流過第三格柵板中的孔；并且在調(diào)節(jié)至第二位置之后向襯底注入流過第三格柵板中的孔的離子的至少部分，其中當(dāng)?shù)谝桓駯虐濉⒌诙駯虐?、第三格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)在第一位置時(shí)執(zhí)行的注入形成跨襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過第三格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且其中當(dāng)?shù)谝桓駯虐?、第二格柵板、第三格柵板和襯底保持器中的至少一個(gè)在第二位置時(shí)執(zhí)行的注入形成襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過第三格柵板的不同孔的離子形成。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔基本上為圓孔。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔為伸長(zhǎng)槽。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的孔中的每個(gè)孔包括頂端和底端，其中底端比頂端更接近襯底保持器，并且其中每個(gè)孔的直徑從頂端向底端漸增。在某些實(shí)施例中，第一格柵板和第二格柵板包括選擇由硅、石墨、碳化硅和鎢組成的群組中的材料。在某些實(shí)施例中，等離子體區(qū)、第一格柵板和第二格柵板容納于由室壁限定的室內(nèi)，并且其中室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥等離子體區(qū)中的離子。在某些實(shí)施例中，該方法還包括向等離子體施加脈沖電壓的步驟。在某些實(shí)施例 中，該方法還包括向襯底施加脈沖電壓的步驟。在某些實(shí)施例中，脈沖電壓被引向襯底上的多個(gè)不同位置。在某些實(shí)施例中，該方法還包括在向襯底注入離子之前將襯底傳遞經(jīng)過第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)，其中第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的每級(jí)包括比該第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的前一級(jí)更低的壓強(qiáng)；將襯底從第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)直接傳遞至注入級(jí)；在向襯底注入離子之后將襯底從注入級(jí)直接傳遞至第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)；以及將襯底傳遞經(jīng)過第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)，其中第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的每級(jí)包括比第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的前一級(jí)更高的壓強(qiáng)，其中注入級(jí)包括比第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)和第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的任何級(jí)更低的壓強(qiáng)。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種等離子體格柵注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括等離子體源，被配置成提供等離子體；格柵組件，包括多個(gè)格柵板，其中每個(gè)格柵板包括被配置成允許來自等離子體的離子通過的多個(gè)孔；以及襯底保持器，被配置成在如下位置支撐襯底，在離子通過格柵板的多個(gè)孔之后在該位置向襯底注入離子，其中襯底保持器和格柵板中的至少一個(gè)被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)；其中均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨襯底保持器上的襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，該單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且其中選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)襯底保持器上的襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，該多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過第二格柵板的不同孔的離子形成。在某些實(shí)施例中，多個(gè)格柵板包括第一格柵板，包括被配置成允許來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子通過的多個(gè)孔；以及第二格柵板，包括被配置成在離子通過第一格柵板之后允許離子通過的多個(gè)孔。在某些實(shí)施例中，第一格柵板被配置成由電源正向偏置。在某些實(shí)施例中，第二格柵板被配置成由電源負(fù)向偏置。在某些實(shí)施例中，多個(gè)格柵板還包括第三格柵板，該第三格柵板包括被配置成在離子通過第二格柵板之后允許離子通過的多個(gè)孔。在某些實(shí)施例中，第三格柵板被配置成接地。在某些實(shí)施例中，第一格柵板、第二格柵板和襯底保持器都被配置成使它們的位置被調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的又一方面中，提供一種離子注入方法。該方法包括在室的等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體；提供包括多個(gè)格柵板的格柵組件，其中每個(gè)格柵板包括多個(gè)孔；在格柵組件中的每個(gè)格柵板在第一位置之時(shí)使來自等離子體區(qū)中的等離子體的第一組離子流過每個(gè)格柵板中的孔；在襯底在第一位置由襯底保持器支撐之時(shí)向襯底均勻注入流過格柵板中的孔的第一組離子的至少部分，借此由已經(jīng)通過相同格柵板的不同孔的第一組離子的組合形成跨襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入；將襯底或者至少一個(gè)格柵板的位置調(diào)節(jié)至第二位置；在調(diào)節(jié)至第二位置之后使來自等離子體區(qū)中的等離子體的第二組離子流過格柵組件中的每個(gè)格柵板中的孔；在調(diào)節(jié)至第二位置之后向襯底有選擇地注入流過格柵板中的孔的第二組離子的至少部分，借此由已經(jīng)通過相同格柵板的不同孔的第二組離子的部分形成襯底上的多個(gè)橫向間隔開的離子注入。在某些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)襯底的位置。在某些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)襯底的位置包括移動(dòng)襯底以使其更接近格柵組件。在某些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)格柵板之一的位置。在某些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)格柵板之一的位置包括移動(dòng)格柵板之一以使其更接近襯底。
在某些實(shí)施例中，多個(gè)格柵板包括第一格柵板和第二格柵板，第一格柵板被正向偏置，而第二格柵板被負(fù)向偏置。在某些實(shí)施例中，多個(gè)格柵板還包括接地的第三格柵板。在本發(fā)明的又一方面中，提供一種離子注入方法。該方法包括向等離子體生成器提供第一單個(gè)類型的摻雜劑材料；等離子體生成器將第一單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)；以及向襯底注入第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，在單個(gè)注入步驟中向襯底注入第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，按照不同深度向襯底中注入每個(gè)摻雜劑物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為磷化氫。在某些實(shí)施例中，第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)包括P+、P++、P+++、p2+、P3+和p5+。在某些實(shí)施例中，第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為硼或者砷。在某些實(shí)施例中，不同類型的摻雜劑材料的組合用來注入不同多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，可以用前驅(qū)形式提供不同類型的摻雜劑材料作為氣體、液體、固體或者其任何組合。在某些實(shí)施例中，向等離子體生成器提供第二單個(gè)類型的摻雜劑材料；等離子體生成器在等離子體生成器將第一單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)的相同時(shí)段期間將第二單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成第二多個(gè)摻雜劑物質(zhì)；并且在向襯底中注入第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)的相同時(shí)段期間向襯底中注入第二多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。在某些實(shí)施例中，第一單個(gè)類型的摻雜劑材料和第二單個(gè)類型的摻雜劑材料各自為前驅(qū)氣體。在某些實(shí)施例中，第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為砷化氫而第二單個(gè)類型的摻雜劑材料為磷化氫。


圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的均勻摻雜太陽(yáng)能電池的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A-圖2C圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的選擇性地注入太陽(yáng)能電池的不同方式的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有接觸格柵線的太陽(yáng)能電池的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體浸潰注入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有均勻注入的太陽(yáng)能電池的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。 圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有均勻注入和選擇性注入的太陽(yáng)能電池的另一實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體格柵注入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體格柵注入系統(tǒng)的另一實(shí)施例的橫截面3維透視圖。圖9A-圖9B圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的不同格柵板孔的橫截面?zhèn)纫晥D。圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體離子通過格柵板的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖IlA-圖IlB圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的不同格柵板孔的平面圖。圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的加載鎖定注入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。圖13圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的多級(jí)差分抽運(yùn)注入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。圖14圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的離子注入方法的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程圖。圖15圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的離子注入方法的另一實(shí)施例的工藝流程圖。圖16圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的離子注入方法的又一實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式呈現(xiàn)下文描述以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和運(yùn)用本發(fā)明，并且在專利申請(qǐng)及其要求的背景中提供下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易清楚對(duì)所描述的實(shí)施例的各種修改，并且這里的通用原理可以應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明并不旨在被限制到示出的實(shí)施例，而是旨在將被賦予與這里描述的原理和特征一致的最廣范圍。另外，設(shè)想來自任何實(shí)施例的任何特征可以與來自任何其它實(shí)施例的任何特征組合。以這一方式，所示的實(shí)施例的混合配置合理地在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^使用流程圖來描述本公開的各個(gè)方面。經(jīng)常可以示出本公開內(nèi)容一個(gè)方面的單個(gè)實(shí)例。然而如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的那樣，這里描述的協(xié)議、過程和程序可以連續(xù)地或者如為了滿足這里描述的需要所必要的那樣重復(fù)。此外，設(shè)想除非另外明確或者隱含公開之外，則方法步驟還可以按照與圖中所示順序不同的順序執(zhí)行。本發(fā)明涉及一種不僅針對(duì)太陽(yáng)能電池制造而且也針對(duì)半導(dǎo)體以及其它表面和接近表面修改應(yīng)用而定制的注入系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的開發(fā)是基于太陽(yáng)能電池制造需要的放松的技術(shù)規(guī)范。它可以為太陽(yáng)能電池提供準(zhǔn)確摻雜和獨(dú)特原子分布圖(profile)定制能力(并入了來自于2009年6月11日遞交的發(fā)明名稱為“FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVEEMITTER USING IMPLANT AND ANNEAL METHOD” 的第 12/483，017 號(hào)共有美國(guó)專利申請(qǐng)和于2008年6月 11 日提交的發(fā)明名稱為“FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USINGIMPLANT AND ANNEAL METHOD”第61/131，698號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的特征，這兩個(gè)專利申請(qǐng)如同這里闡述一樣通過整體引用結(jié)合于此)。這些包括摻雜水平、接觸電阻、母線、指狀物、金屬-硅界面接觸電阻、背面金屬化電阻的改變，從而實(shí)現(xiàn)在金屬格柵接觸之下(優(yōu)選為10歐姆/平方至30歐姆/平方)和在指狀物之間(優(yōu)選為大于100歐姆/平方)的所需的電阻率，以滿足更高效率的太陽(yáng)能電池(并入來自于2009年6月11日遞交的發(fā)明名稱為“SOLAR CELL FABRICATION USING MPLANTATION”第 12/482，980 號(hào)共有美國(guó)專利申請(qǐng)、2008 年 6 月 11 日的遞交的發(fā)明名稱為 “SOLAR CELL FABRICATION USING ^PLANTATION，，的第61/131，687號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)、2009年6月11日的遞交的發(fā)明名稱為“SOLAR CELLFABRICATION WITH FACETING AND ION MPLANTATION”的第 12/482，685 號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及2008年6月24日遞交的發(fā)明名稱為“SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETINGAND ION MPLANTATION”的第61/133，028號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的特征，這些專利申請(qǐng)如同這里闡述一樣通過整體引用結(jié)合于此)。它也滿足太陽(yáng)能電池晶片厚度以及接觸金屬寬度和間距的未來要求這樣的需求。另外，選擇性發(fā)射極和背表面場(chǎng)(BSF)的有利形成及其提高性能的能力將是可能的(并入來自于2009年6月11日遞交的發(fā)明名稱為“APPLICATION SPECIFIC IMPLANTSYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS” 的第 12/482，947 號(hào)共有美 國(guó)專利申請(qǐng)、于2008年6月11日遞交的發(fā)明名稱為“APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANTSYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS” 的第 61/131，688 號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)、于2009年3月20日遞交的發(fā)明名稱為“ADVANCED HIGH EFFICIENCYCRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATION METHOD” 的第 61/210，545 號(hào)共有美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及于2010年3月 19 日遞交的發(fā)明名稱為“ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLARCELL FABRICATION METHOD”的第12/728，105號(hào)共有美國(guó)專利申請(qǐng)的特征)。本發(fā)明可以應(yīng)用于如生長(zhǎng)的單個(gè)或者單晶體、多晶或者電氣級(jí)或者冶金級(jí)硅，以及很薄的硅晶片和很薄的膜沉積硅或者其它用于太陽(yáng)能電池形成和其它應(yīng)用的材料。本發(fā)明也可以應(yīng)用于多結(jié)器件，并且可以擴(kuò)展至用于在結(jié)制造和金屬半導(dǎo)體界面增強(qiáng)中使用的任何其它材料的原子物質(zhì)布局。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有均勻注入的太陽(yáng)能電池500的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。太陽(yáng)能電池500包括具有P摻雜區(qū)510和η摻雜區(qū)520的半導(dǎo)體晶片。η摻雜區(qū)520被均勻摻雜以形成均勻發(fā)射極。防反射涂層560布置在η摻雜區(qū)520之上。防反射涂層560優(yōu)選地具有在70nm-80nm之間的厚度。金屬接觸550沉積于晶片上，這些金屬接觸優(yōu)選地具有在3微米-200微米之間的寬度554，并且間隔開在之間的寬度552。P摻雜區(qū)570在與η摻雜區(qū)520相反的側(cè)上形成于晶片中，從而形成均勻BSF。鈍化層580 (例如Si3N4或者Al2O3)布置在P摻雜區(qū)570的底表面之上，并且后金屬接觸層590 (例如Ag)布置在鈍化層580的底表面之上。圖6圖示了太陽(yáng)能電池600的橫截面?zhèn)纫晥D，該太陽(yáng)能電池是添加有某些選擇性注入的太陽(yáng)能電池500。這些選擇性注入包括η摻雜選擇性發(fā)射極區(qū)630、選擇性金屬種子注入655和選擇性BSF區(qū)675。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明包括使用氣體等離子體中的通過向襯底施加負(fù)電勢(shì)的脈沖而被加速向襯底的離子。等離子體在襯底的鄰近處轉(zhuǎn)變成鞘，并且施加電勢(shì)促使駐留在等離子體中的待注入的離子加速。襯底的這樣的保形摻雜可以用來形成均勻摻雜區(qū)，以及通過使用掩模或者其它選擇性注入技術(shù)來形成選擇性摻雜區(qū)。同時(shí)，可以定制摻雜劑分布圖以通過脈沖形狀和等離子體組成的調(diào)節(jié)來提供獨(dú)立的表面濃度、分布圖的形狀和結(jié)深度。另外，通過使用摻雜劑的化學(xué)當(dāng)量比和分子基團(tuán)比，可以進(jìn)一步增強(qiáng)摻雜劑分布圖。利用襯底的脈沖偏置和可能的襯底背表面天線或者襯底移動(dòng)也可以提供選擇性注入所需要的橫向定位優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供一種可以獨(dú)立于襯底尺寸并且只要保留等離子體的統(tǒng)一性就可以同時(shí)向多片襯底注入的系統(tǒng)。這一特征允許遠(yuǎn)超過1000+wph的生產(chǎn)率。此外，本發(fā)明提供一種非視線注入方法，并且因此能夠?qū)κ芟薜膮^(qū)域(比如多級(jí)硅的紋理化表面，該多級(jí)硅可能在表面上具有小丘和凹入特征)進(jìn)行摻雜。對(duì)這樣的表面進(jìn)行摻雜是關(guān)鍵的，這是因?yàn)椴粨诫s可能引起金屬分流。本發(fā)明的一種應(yīng)用是生成用于發(fā)射極和背表面場(chǎng)(BSF)摻雜的均勻注入。在這一階段，對(duì)表面濃度、分布圖形狀和結(jié)深度的獨(dú)立控制可以在滿足太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)換性質(zhì)時(shí)發(fā)揮重要作用。這樣的注入能力將避免形成繁瑣的擴(kuò)散方法中常見的“無用層”。這些層由于使用擴(kuò)散形成電結(jié)時(shí)所積累的未激活的過量的接近表面摻雜劑而形成。用本發(fā)明的離 子注入實(shí)現(xiàn)的分布圖管理可以避免這樣的不足。圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的均勻摻雜太陽(yáng)能電池100的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。太陽(yáng)能電池100包括半導(dǎo)體襯底110，比如硅晶片。為了形成其中電池100生成電子-空穴對(duì)的區(qū)域120，至少100歐姆/平方的摻雜水平是優(yōu)選的。一般而言，在這一區(qū)域102中的摻雜劑過量阻礙這樣的電荷載流子的生成和傳送。這一摻雜通常為較低能量的注入，比如對(duì)于硼、BF2、磷、砷、銻和其它類似摻雜劑而言少于150keV。這種注入在輕濃度下執(zhí)行。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，這些注入的濃度少于lE15cnT2。太陽(yáng)能電池應(yīng)用的覆蓋的統(tǒng)一性的要求估計(jì)為在5%至10%之間。在等離子體統(tǒng)一性上需要類似均勻性。設(shè)想每個(gè)太陽(yáng)能電池被獨(dú)立注入，以便獲得單晶片系統(tǒng)的益處。這一特征為注入提供了顯著的能力，借此定制用于選擇性發(fā)射極的摻雜劑的布局和激活可以防止形成傳統(tǒng)的無用層問題。圖2A-圖2C圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的選擇性地注入太陽(yáng)能電池200以形成選擇性發(fā)射極區(qū)230的不同方式的橫截面?zhèn)纫晥D。太陽(yáng)能電池200包括已經(jīng)被均勻摻雜以形成與圖I中的均勻發(fā)射極區(qū)120類似的均勻發(fā)射極區(qū)220的半導(dǎo)體襯底210。圖2A圖示了用來在半導(dǎo)體襯底210中形成選擇性發(fā)射極區(qū)230的陰影掩模方法。在該陰影掩模方法中，在等離子體注入器技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)使用物理掩模242，以將束240限定為所需的確切尺度。掩模242的縱橫比在這里是關(guān)鍵的，這是因?yàn)楣烙?jì)典型高能等離子體離子可以容易穿透I : 10縱橫比，如較低能量的等離子體沉積方法已經(jīng)表明的。可以調(diào)節(jié)掩模242到襯底210的鄰近性，以使用潛在束外展(flare-out)，從而有利于在格柵線之下構(gòu)造比100微米寬的格柵線大近似+/-10微米至30微米的摻雜區(qū)。這一調(diào)節(jié)將允許易于后續(xù)格柵線印刷和對(duì)準(zhǔn)，并且將提供用于使任何潛在漏電最小化的重疊區(qū)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，用于陰影掩模242的材料對(duì)于處理不重要，并且優(yōu)選為導(dǎo)電的，以便不影響注入方法。這樣的材料的濺射將決定這一掩模242的壽命和用途，借此使它成為具有定期更換的可消耗部件。離子束240通過的開孔(cutout)的形狀和表面條件對(duì)于最小化污染和濺射速率而言也是關(guān)鍵考慮。業(yè)內(nèi)已經(jīng)盛行的典型的成形可以用于制造陰影掩模242。圖2B圖示了用來在半導(dǎo)體襯底210中形成選擇性發(fā)射極區(qū)230的晶片掩模方法。這里，將掩模244布置成與半導(dǎo)體晶片210接觸。這樣的掩模244可以是晶片在注入步驟之前的硬掩蔽或者軟掩蔽。晶片掩模方法可以通過使用光刻、接觸印刷或者更盛行的絲網(wǎng)印刷步驟來實(shí)現(xiàn)。它也可以利用用于形成接觸沉積的掩蔽和開口處理步驟。這一注入方法的分布式功率密度可以促成未在以往注入方法中使用的掩蔽材料的利用。這樣的材料的例子如使用傳統(tǒng)上在電路板制造中使用的抗蝕劑和其它低溫掩蔽材料。圖2C圖示了用于在半導(dǎo)體襯底210中形成選擇性發(fā)射極區(qū)230的局部化等離子體束成形方法。這里，可以將束的所需的脈沖化和設(shè)想的背表面天線制成為閉環(huán)控制，從而使得將等離子體選擇性地引向襯底的某些區(qū)域中。在某些實(shí)施例中，附加的格柵結(jié)構(gòu)(比如下文更詳細(xì)討論的格柵結(jié)構(gòu))可以用來進(jìn)一步優(yōu)化等離子體束的形狀，借此可以施加正和/或負(fù)電壓以實(shí)現(xiàn)這樣的成形。如圖2C中所見，所選區(qū)域230與向半導(dǎo)體晶片210的背表面直接施加電壓246的位置對(duì)準(zhǔn)。這一方法可能更適用于較薄的晶片。備選地，等離子體的脈沖化與襯底的可能定位的組合可以用來生成高摻雜區(qū)和低摻雜區(qū)。這些區(qū)域的重疊可以提供電子空穴從適合光轉(zhuǎn)換的低摻雜區(qū)向適合電接觸格柵線的高摻雜的選擇性注入?yún)^(qū)的、優(yōu)化的受控流動(dòng)。可以設(shè)想高摻雜區(qū)和低摻雜區(qū)在襯底在精確受控運(yùn)動(dòng)之下在離子束下面移動(dòng)時(shí)重疊。不同區(qū)域?qū)⒉痪哂忻黠@的邊界，并且摻雜水平的漸變可以為電荷在襯 底內(nèi)的流動(dòng)提供優(yōu)點(diǎn)。橫向摻雜的這樣的可變性可以增強(qiáng)電池的操作。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的具有接觸格柵線350的太陽(yáng)能電池300的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。太陽(yáng)能電池300包括晶片。在某些實(shí)施例中，晶片110為156mm x156mm的晶片。優(yōu)選地，晶片由半導(dǎo)體材料如硅(單晶或者多晶)形成并且包括p_n結(jié)。p-n結(jié)由彼此鄰近布置的P型摻雜區(qū)310和η型摻雜區(qū)320形成。金屬接觸線350印刷或者以別的方式形成于晶片的表面上。設(shè)想接觸線350也可以由除了金屬之外的導(dǎo)電材料形成。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電指狀物(未示出)也布置在晶片的表面上，以收集來自接觸線的電荷并且將它運(yùn)送到外部負(fù)載。在操作中，在光經(jīng)過接觸線350之間的暴露表面進(jìn)入晶片的半導(dǎo)體材料時(shí)，它通常在η型摻雜區(qū)320內(nèi)被轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)。電子在一個(gè)方向上行進(jìn)從而被吸入接觸350中，而空穴在另一方向上朝著P型摻雜區(qū)310行進(jìn)。在特定區(qū)域內(nèi)的摻雜劑越多，則在該區(qū)域內(nèi)被重新俘獲的電子-空穴對(duì)越多，從而造成失去更多電力。因此，控制不同區(qū)域的摻雜水平是有益的。在其中光被轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)的區(qū)域中，摻雜水平應(yīng)當(dāng)相對(duì)低。在其中電荷將通過接觸線350的區(qū)域中，摻雜水平應(yīng)當(dāng)高。區(qū)域320代表已經(jīng)用低水平η型摻雜劑均勻摻雜的均勻發(fā)射極區(qū)。在晶片的表面附近布置在接觸線350下面的區(qū)域330代表已經(jīng)用相對(duì)高水平的η型摻雜劑選擇性地?fù)诫s的選擇性發(fā)射極區(qū)。由于最小化了均勻發(fā)射極區(qū)的摻雜劑濃度(借此，最大化了這些區(qū)域的電阻率)，并且最大化了選擇性發(fā)射極區(qū)的摻雜劑濃度(借此，最小化了這些區(qū)域的電阻率)，所以增加了太陽(yáng)能電池將所生成的電子的從均勻發(fā)射極區(qū)經(jīng)過選擇性發(fā)射極區(qū)傳送到接觸線的能力，而減少了由于電子-空穴對(duì)重新復(fù)合而失去電力的風(fēng)險(xiǎn)。此外，雖然更大的接觸線可以傳導(dǎo)更多的電力，但是它們也阻止更多光進(jìn)入太陽(yáng)能電池并且被轉(zhuǎn)換成電子。通過最大化選擇性發(fā)射極區(qū)在接觸線附近的摻雜劑濃度，實(shí)際上可以使接觸線更細(xì)，借此允許更多光進(jìn)入太陽(yáng)能電池，而同時(shí)提高太陽(yáng)能電池將電子從電子-空穴對(duì)生成區(qū)傳送到接觸線的能力。
在某些實(shí)施例中，均勻摻雜區(qū)被摻雜成具有在近似80歐姆/平方至近似160歐姆/平方范圍中的薄片電阻，而選擇性摻雜區(qū)被摻雜成具有在近似10歐姆/平方至近似40歐姆/平方范圍中的薄片電阻。在某些實(shí)施例中，均勻摻雜區(qū)被摻雜成具有近似100歐姆/平方或者更大的薄片電阻，而選擇性摻雜區(qū)被摻雜成具有近似25歐姆/平方或者更少的薄片電阻。在某些實(shí)施例中，選擇性摻雜區(qū)330相互橫向間隔開在近似Imm至近似3mm范圍中的距離。然而，設(shè)想其它間距尺度在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，對(duì)于選擇性發(fā)射極應(yīng)用而言，預(yù)期太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)需要注入的接觸格柵線350具有從200微米向下至少于50微米的寬度。通過形成接近表面金屬硅化物，等離子體注入系統(tǒng)可以用于功函數(shù)的形成和調(diào)節(jié)以及用于接觸沉積的帶隙工程。通過金屬物質(zhì)(比如Ta、Ti等)在接近晶片表面的位置的很輕劑量的注入，金屬/硅接觸得到明顯改善。這樣的種子注入或者功函數(shù)調(diào)節(jié)注入可以改善接觸性能。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體浸潰注入系統(tǒng)400的一個(gè)實(shí)施例。這一系統(tǒng)在2009年6月 10 日遞交的發(fā)明名稱為“APPLICATION SPECIFIC PLASMA IMPLANT SYSTEMFOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS”的第61/185，596號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)中公開，該申請(qǐng)如同這里闡述一樣通過整體引用并入本文。系統(tǒng)400包括真空室410、氣體輸入系統(tǒng)420、等離子體生成器430、一個(gè)或多個(gè)真空泵450以及高壓脈沖器480。氣體輸入系統(tǒng)420、等離子體生成器430和真空泵450 —起工作以在真空室460內(nèi)的在接近目標(biāo)襯底440的位置處提供等離子體460。高壓脈沖器480用來負(fù)向偏置目標(biāo)襯底440。可以使用的脈沖器的例子包括硬管脈沖器，比如平面三極管、功率四極管和Hobetron(大功率中空電子束電流調(diào)節(jié)開關(guān)管)。設(shè)想也可以使用其它脈沖器。由于向目標(biāo)襯底440施加了高的負(fù)電壓脈沖，所以在等離子體460與目標(biāo)襯底440之間形成了鞘，并且來自等離子體460的離子470被加速進(jìn)入目標(biāo)襯底440中。這一等離子體浸潰注入技術(shù)無需任何質(zhì)量分析。它提供可接受的功率密度和優(yōu)良的生產(chǎn)率。這一注入系統(tǒng)具有用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的獨(dú)特能力。為了滿足太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)率需求，設(shè)想多片同時(shí)注入。對(duì)于為156mmx 156mm偽正方形的典型的四片式襯底(總面積為O. 25m2)而言，這樣的系統(tǒng)將優(yōu)選地包括高度為O. 3m而鞘為O. 5cm的大型等離子體，以及Im的總室高度，并且生成高達(dá)15A的等離子體峰值電流。該系統(tǒng)在用于滿足太陽(yáng)能領(lǐng)域的可變并且優(yōu)選為少于150kV的脈沖能量需求時(shí)是有用的。這些電源將與插頭兼容，并且將依賴于所用的物質(zhì)和質(zhì)量而提供所需的穿透深度。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)用于單個(gè)物質(zhì)注入，以避免摻雜劑的任何交叉污染。此夕卜，在某些實(shí)施例中，室410的內(nèi)部部分覆蓋有適當(dāng)?shù)牟牧?，以便使金屬和其它不希望的污染的可能性最小化。?yōu)選地，比如真空室、多步驟加載鎖定、氣體遞送系統(tǒng)以及自動(dòng)化和工廠接口這樣的部件被配置成符合這樣的專用系統(tǒng)或者符合典型的大批量太陽(yáng)能制造系統(tǒng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)以每小時(shí)1000+個(gè)晶片的生產(chǎn)率操作，以與太陽(yáng)能電池制造線的自動(dòng)化相匹配?？梢酝ㄟ^脈沖形狀調(diào)節(jié)來修改摻雜劑分布圖，以滿足太陽(yáng)能電池PV制造所需要的定制。一種方法是使用鈍化脈沖形成網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。還可以通過使用等離子體含量調(diào)節(jié)來定制分布圖，這可以通過對(duì)微波或者RF耦合或者任何各種盛行等離子體形成技術(shù)與等離子體一起的特殊使用來實(shí)現(xiàn)以便修改等離子體條件，并且因此控制成分的分解(這可能影響摻雜劑的化學(xué)當(dāng)量比和存在于等離子體中的基團(tuán)的分子比)來實(shí)現(xiàn)。例如，為了使用固體磷，可以使用它的各種成分(比如P+、P++、P+++、P2+、P3+、P5+等)來確保實(shí)現(xiàn)接近表面的定制。這樣的定制也可以用于其它摻雜劑，比如P型硼。等離子體注入技術(shù)的直接附帶益處在于以氫為主(例如如果摻雜劑的來源為PH3或者B2H6)。氫將同時(shí)并且在較高能量下注入，從而有助于提供對(duì)質(zhì)量較差的太陽(yáng)能電池材料而言獨(dú)特的并且所需要的自動(dòng)吸氣效果。能量在等離子體的脈沖化期間的可變性(其中其可以是離散的或者作為連續(xù)體)也可以用來形成所需的分布圖，并且管理獨(dú)立的表面濃度、原子分布圖成形和結(jié)深度。這可以是離散的并且以已知步長(zhǎng)，或者可以作為連續(xù)體而占用所需的能量處的停頓，以對(duì)比所需的分布圖。
這一系統(tǒng)的平均分布式功率密度使得該系統(tǒng)本身用來對(duì)很薄的晶片(即少于20微米)進(jìn)行注入，并且確保較厚的晶片在整個(gè)工藝期間保持在少于100°C的溫度下。這樣的分布式功率密度允許利用之前可能在擴(kuò)散(其運(yùn)用高溫)和定向注入(其運(yùn)用高的平均功率密度)中尚未考慮的各種硬掩蔽(例如抗蝕劑)材料。依賴于所需的PV應(yīng)用，本發(fā)明的平均分布式功率密度可以通過調(diào)節(jié)用于高(大于300°C )和低(少于100°C )襯底溫度的脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間來調(diào)制。無需后續(xù)擴(kuò)散。如500°C那樣低的較低溫度退火可以為PV電池的制造提供足夠的激活和損傷退火。等離子體注入由于其高的生產(chǎn)率而可以提供更高的劑量，并且因此如果僅摻雜劑的部分被激活，則可以實(shí)現(xiàn)期望的電阻率和性能。在某些實(shí)施例中，各種材料或者化合物用來在太陽(yáng)能電池制造中提供表面鈍化。例如，在某些實(shí)施例中，在提升的溫度下或者使用熱解生長(zhǎng)方法來沉積和/或生長(zhǎng)Si3N4或者Si02。這樣的方法限于盛行化學(xué)物，并且不能改變分子組成。然而，通過使用本發(fā)明的等離子體注入技術(shù)，可以調(diào)節(jié)分子組成以改善鈍化性質(zhì)。形成SiNx或者引入過量的氮可以提供對(duì)這一膜的鈍化性質(zhì)的改善。盡管上文討論了等離子體浸潰注入系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但是本發(fā)明提供一種以等離子體格柵注入系統(tǒng)形式的甚至更有益的注入系統(tǒng)。等離子體格柵注入系統(tǒng)提供束流線注入的有益功率密度而又提供等離子體浸潰技術(shù)的生產(chǎn)率。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的等離子體格柵注入系統(tǒng)700的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。系統(tǒng)700包括室710，該室容納第一格柵板750、第二格柵板755和第三格柵板757。格柵板可以由各種不同材料形成，這些材料包括但不限于石墨、碳化硅和鎢。每個(gè)格柵板包括被配置成允許離子通過的多個(gè)孔。等離子體源向室710的等離子體區(qū)提供等離子體。在圖7中，這一等離子體區(qū)位于第一格柵板750之上。在某些實(shí)施例中，室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥等離子體區(qū)中的離子。例如，在某些實(shí)施例中，一個(gè)或者多個(gè)磁體790耦合到室710的壁。電場(chǎng)用來使等離子體遠(yuǎn)離壁，借此在等離子體與室壁之間維持間隙，并且避免壁材料的任何濺射離開而進(jìn)入等離子體。目標(biāo)襯底定位于格柵板的相反側(cè)上。在圖7中，目標(biāo)襯底位于第三格柵板757之下。如下文將更詳細(xì)討論的那樣，目標(biāo)襯底優(yōu)選地由可調(diào)襯底保持器支撐，借此允許目標(biāo)襯底在均勻注入位置740a與選擇性注入位置740b之間調(diào)節(jié)。這一系統(tǒng)700的主要特征在于使用通過向第一格柵板750施加DC或者脈沖電勢(shì)來被加速朝著目標(biāo)襯底的等離子體離子。這些離子被注入到襯底中。通過使用相對(duì)于第一格柵板750而言負(fù)向偏置的第二格柵板755避免了由于離子撞擊襯底和其它材料所致的二次電子的有害影響。這一負(fù)向偏置的第二格柵板755抑制電子從襯底脫落。在某些實(shí)施例中，第一格柵板750被偏置成80kV，而第二格柵板755被偏置成_2kV。然而,設(shè)想可以運(yùn)用其它偏置電壓。第三格柵板757充當(dāng)束限定格柵并且優(yōu)選為接地。將其定位成與襯底的表面接觸或者很近，以便提供對(duì)注入的最終限定。如果需要選擇性注入，則這一格柵板757可以充當(dāng)束限定掩模并且提供所需的關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)。可以根據(jù)圖2A的陰影掩模實(shí)施例或者圖2B的晶片掩模實(shí)施例來配置第三格柵板757以便實(shí)現(xiàn)束限定的選擇性注入。此外，可以用無需掩模的任何形式的波束成形(比如圖2C的脈沖波束成形實(shí)施例)來替換或者補(bǔ)充第三格柵板757。設(shè)想格柵板可以用各種方式間隔開。在一個(gè)實(shí)施例中，第一格柵板750與第二格 柵板755分開近似12mm的距離，并且第二格柵板755與第三格柵板757分開近似3mm的距離。然而，可以運(yùn)用其它測(cè)量。一般而言，可以設(shè)想若干格柵布置(比如三極管、四極管和其它格柵布置)，其中格柵布置用來光學(xué)控制離子子束。對(duì)于均勻注入的情況而言，可以去除限定掩模以提供對(duì)晶片的均勻覆蓋?？梢愿淖冇糜诶藐幱把谀５倪x擇性注入和用于均勻注入的晶片的位置以受益于多個(gè)格柵束限定。例如，對(duì)于選擇性注入而言，移動(dòng)晶片740以使其更接近多格柵板組件(750，755，757)，而對(duì)于均勻注入而言，移動(dòng)晶片740a以使其足夠遠(yuǎn)離格柵板組件(750,755,757)以提供由于子束776的空間電荷擴(kuò)展而形成的統(tǒng)一束。這一格柵板組件可以用來比如通過調(diào)節(jié)板相對(duì)于彼此的位置來將子束776在襯底上進(jìn)一步聚焦成已知形狀，借此消除對(duì)任何陰影掩蔽或者任何其它襯底掩膜的需要。這一格柵板組件布置通過限制能量范圍并且使脈沖器/PSU成本受限而實(shí)現(xiàn)將DC或者脈沖偏置用于使離子加速并且使已經(jīng)阻礙等離子體浸潰技術(shù)的反流電子最少。這極大地簡(jiǎn)化了所需的電源。此外，通過將等離子體形成與離子加速去耦合，本發(fā)明允許使用獨(dú)立的方法來在格柵板上方形成等離子體。格柵板可以提供某些程度的束限定。例如，提取的離子束可以被聚焦成選擇性發(fā)射極應(yīng)用的特定尺度。在等離子體格柵注入系統(tǒng)700中，室710被配置成允許等離子體形成和擴(kuò)展。如先前討論的那樣，第一格柵板750相對(duì)于接地處于正電勢(shì)。通過對(duì)這一偏置的格柵板(電極)進(jìn)行成形并且管理在它的每個(gè)開口上方形成的半月780的形狀來對(duì)離子進(jìn)行提取和光學(xué)成形。如先前討論的那樣，負(fù)向偏置的第二格柵板755抑制反流電子。如襯底740的位置所示，襯底和第三格柵板757 (無論它是配置為陰影掩模還是晶片掩模)都可以放置成與第二格柵板755很近鄰處，以利用格柵組件的圖案限定，如在襯底740b的位置中所示。在該位置處，提取的離子為適當(dāng)限定的子束這樣的形狀并且被注入到襯底740b中的選擇性區(qū)域中。襯底也可以定位成更加遠(yuǎn)離第一格柵板750和第二格柵板755，以實(shí)現(xiàn)使用或者未使用陰影掩模(比如在襯底740a中)的均勻和統(tǒng)一注入。由襯底740a的定位可見，子束776已經(jīng)由于空間電荷擴(kuò)展而合并。備選地，可以針對(duì)均勻注入和選擇性注入使用一個(gè)位置，其中選擇性注入在存在陰影掩?；蛘呔谀r(shí)執(zhí)行以便提供所需的選擇性。經(jīng)過孔退出的離子束由于它的性質(zhì)而是發(fā)散的，這是因?yàn)榈入x子體的典型均衡為凸形。離子由于它們的電荷相似而相互排斥，并且它們由于在等離子體內(nèi)的熱運(yùn)動(dòng)而具有隨機(jī)定向的速率。因此，有必要仔細(xì)設(shè)計(jì)格柵板孔和等離子體條件以控制離子的發(fā)射率和系統(tǒng)對(duì)離子束的接受度這兩者。發(fā)射率是對(duì)束質(zhì)量的度量。通常，高質(zhì)量的束具有低的發(fā)射率，這意味著離子在發(fā)送期間的損失最少。這必須與系統(tǒng)特有的相位-空間邊界相平衡，從而使得束在這一邊界內(nèi)擬合或者具有良好的接受度。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中的離子發(fā)散的控制主要通過調(diào)節(jié)在等離子體進(jìn)入第一格柵板電極750時(shí)在等離子體邊界的后繼處的半月780的形狀來實(shí)現(xiàn)。這樣的成形可以通過調(diào)節(jié)在各種電極之間的電壓差、開口的形狀和在各種電極之間的間距、等離子體的溫度、使用多少等離子體氣體、等離子體的密度以及提取的離子物質(zhì)和電流來控制。對(duì)于圖7中的半月780的凹形圓頂形狀，第二格柵板755相對(duì)于第一格柵板850必須具有負(fù)電勢(shì)，并且等離子體離子密度必須少于等離子體邊界。雖然圖7示出了半月780具有圓頂形狀，但是設(shè)想彎月780也可以被管理成其它形狀的形式，包括但不限于圓頂形狀完全反轉(zhuǎn)。半月780的形狀可以用來對(duì)所得離子注入束進(jìn)行成形。盡管圓頂形狀的彎月(比如圖7中所示半月780)通常將造成變窄的束，而反轉(zhuǎn)的圓頂形狀半月通常將造成擴(kuò)展的束。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的與系統(tǒng)700類似的等離子體格柵注入系統(tǒng)800的另一實(shí)施例的橫截面3維透視圖。系統(tǒng)800包括室810,該室容納第一格柵板850、第二格柵板855和第三格柵板857。格柵板可以從包括但不限于硅、石墨、碳化硅和鎢的多種不同材料形成。每個(gè)格柵板包括被配置成允許離子通過的多個(gè)孔。等離子體源向室810的等離子體區(qū)提供等離子體。在圖8中，這一等離子體區(qū)位于第一格柵板850之上。在某些實(shí)施例中，等離子體氣體經(jīng)過氣體入口 820饋送到等離子體區(qū)中。在某些實(shí)施例中，經(jīng)過真空端口830向室810的內(nèi)部施加真空。在某些實(shí)施例中，絕緣體895布置在室810的外壁周圍。在某些實(shí)施例中，如上文討論的那樣，室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥等離子體區(qū)中的離子。目標(biāo)晶片840定位于格柵板的與等離子體區(qū)相反的側(cè)上。在圖8中，目標(biāo)晶片840位于第三格柵板857之下。如先前討論的那樣，在某些實(shí)施例中，目標(biāo)晶片840由可調(diào)節(jié)的襯底保持器支撐，借此允許目標(biāo)晶片840在均勻注入位置(與格柵板更近)與選擇性注入位置(與格柵板更遠(yuǎn))之間調(diào)節(jié)。通過向第一格柵板850施加DC或者脈沖電勢(shì)以離子束870的形式將使等離子束朝著目標(biāo)晶片840加速。這些離子被注入到晶片840中。通過使用相對(duì)于初始格柵而言負(fù)向偏置的第二格柵板855來避免由于離子撞擊晶片804和其它材料所致的二次電子的有害影響。這一負(fù)向偏置的第二格柵板855抑制電子從晶片840脫落。在某些實(shí)施例中，第一格柵板850被偏置成80kV，而第二格柵板855被偏置成_2kV。然而，設(shè)想可以運(yùn)用其它偏置電壓。第三格柵板857充當(dāng)束限定格柵并且優(yōu)選為接地。它被定位成與襯底的表面接觸或者很近以便提供對(duì)注入的最終限定。如果需要選擇性注入，則這一格柵板857可以充當(dāng)束限定掩模并且提供所需的關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)圖2A的陰影掩模實(shí)施例或者圖2B的晶片掩模實(shí)施例配置第三格柵板857以便實(shí)現(xiàn)束限定的選擇性注入。此夕卜，可以用無需掩模的任何形式的波束成形(比如圖2C的脈沖波束成形實(shí)施例)來替換或者補(bǔ)充第三格柵板857。
設(shè)想可以用各種不同方式配置格柵板中的孔。圖9A-圖9B圖示了離子束所通過的不同的格柵板孔的橫截面?zhèn)纫晥D。在圖9A中，格柵板950包括具有統(tǒng)一寬度的孔965a。當(dāng)格柵板950a正向偏置時(shí)，電場(chǎng)形成于它周圍。這一電場(chǎng)由電場(chǎng)線951a和電場(chǎng)線953a圖示，這些電場(chǎng)線遵循格柵板950a的輪廓。在離子束通過孔965a時(shí)，場(chǎng)線951a和場(chǎng)線953a限定離子行進(jìn)所沿的路徑。結(jié)果，電場(chǎng)在離子通過孔965a時(shí)阻塞離子，借此使所得離子束的寬度變窄。在圖9B中，格柵板950b包括寬度從上至下擴(kuò)展的孔965b。類似于圖9A中的格柵板950a,當(dāng)格柵板950b正向偏置時(shí)，電場(chǎng)形成于它周圍。這一電場(chǎng)由于電場(chǎng)線951b和電場(chǎng)線953b圖示，這些電場(chǎng)線遵循格柵板950b的輪廓。在離子束通過孔965b時(shí)，場(chǎng)線951b和場(chǎng)線953b限定離子行進(jìn)所沿的路徑。由于開口 965b的寬度從離子進(jìn)入孔965b時(shí)所在的點(diǎn)向離子退出孔965b時(shí)所在的點(diǎn)擴(kuò)展，所以這一孔配置提供可以覆蓋比統(tǒng)一配置更大的表面積的所得離子束。圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的離子束通過格柵板的一個(gè)實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。類似于圖7-圖8,如先前討論的那樣,在分別正向偏置和負(fù)向偏置的第一格柵板1050和第二格柵板1055之上提供等離子體1060。半月1080形成在等離子體束進(jìn)入第一格柵板電極1050的孔時(shí)的等離子體邊界處。離子束1070在注入到布置在格柵板組件下面的目標(biāo) 襯底之前穿過第一格柵板電極1050，然后穿過第二格柵板電極1055。格柵板的頂表面和底表面可以被配置成以各種方式管理離子束1070。例如，在某些實(shí)施例中，第一格柵板1050的底表面1052在凹形配置中向內(nèi)成角度，而第二格柵板1055的頂表面1054可以在凸形配置中向外成角度，從而可以使第二格柵板1055中的孔的入口與第一格柵板1050中的孔的出口更近。圖IlA-圖IlB圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的不同格柵板孔的平面圖。圖IlA示出了格柵板1050a，該格柵板具有穿過該格柵板形成的多個(gè)孔1165a。這些孔1165a基本上為圓形。圖IlB示出了格柵板1050b，該格柵板具有穿過該格柵板形成的多個(gè)孔1165b。這些孔1165b基本上為伸長(zhǎng)的矩形槽。在某些實(shí)施例中，伸長(zhǎng)槽1165b具有寬度為數(shù)百微米、長(zhǎng)度為數(shù)十厘米并且間距為的尺度，以便使等離子體子束的利用最大化并且創(chuàng)建最終束限定格柵的圖像。然而，可以設(shè)想更大間距，其中空間電荷束擴(kuò)展用來獲得統(tǒng)一束以提供所需的覆蓋。設(shè)想孔也可以形成為除了圓形和矩形之外的其它形狀。格柵板中的開口的形狀和尺度依賴于特定注入所需要的連串的子束的形狀和尺度。束光學(xué)計(jì)算和考慮(比如發(fā)射率和空間電荷影響)限定這樣的開口的形狀和用于制造的材料。第一格柵板中的開口特別關(guān)鍵，以便維持所得等離子體彎月在格柵板開口的形狀。這一半月的形狀對(duì)于離子束的后續(xù)光學(xué)性質(zhì)而言是關(guān)鍵的。在第二格柵板的位置、形狀和施加的負(fù)電勢(shì)場(chǎng)及其影響彎月形狀的可能性對(duì)于確保離子束以最小的離子光學(xué)影響通過而同時(shí)仍然足以阻止電子在相反方向上流動(dòng)而目是關(guān)鍵的。兩個(gè)、三個(gè)或者更多個(gè)格柵板的組合簡(jiǎn)化了用于激勵(lì)格柵板的DC或者脈沖電源單元。對(duì)于這些應(yīng)用而言，設(shè)想少于150kV的加速電勢(shì)，而負(fù)向偏置的格柵板近似為_5kV。在合理真空中在第一格柵板與第二格柵板之間的格柵板間距優(yōu)選為數(shù)厘米級(jí)，而在第二格柵板與第三格柵板之間的間距優(yōu)選為數(shù)毫米級(jí)。在真空中的某些計(jì)算和距離可以用于所施加的電壓。第二格柵板電極也可以連接到用于優(yōu)化所提取的離子質(zhì)量(比如所需的離子物質(zhì)的增加的密度和離子能量)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，以便優(yōu)化注入的結(jié)分布圖。也可以使用在調(diào)制中與第二格柵板電極的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)類似的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)來對(duì)室中的等離子體源進(jìn)行脈沖偏置，以便優(yōu)化如上文提到的提取的離子質(zhì)量。對(duì)照已經(jīng)使離子注入系統(tǒng)成為復(fù)雜的多模塊系統(tǒng)的單束(包括加寬的束)和掃描機(jī)制而言，本發(fā)明的系統(tǒng)提供了一種使其本身很好地用于形成注入室的簡(jiǎn)化布置。這種簡(jiǎn)單的離子束生成(經(jīng)由等離子體)和離子加速(經(jīng)由格柵板組件)可以被構(gòu)造成可以與一般晶片處理平臺(tái)組合的單個(gè)室組件。這樣的平臺(tái)可以支持在制造線中的其它工藝，比如真空沉積、蝕刻和金屬化。圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的加載鎖定注入系統(tǒng)1200的一個(gè)實(shí)施例的平面圖。目標(biāo)晶片可以被加載到真空室1210中，在此處機(jī)械手然后可以在真空之下將晶片傳送至若干加載鎖定室之一。例如，晶片可以被移入若干注入系統(tǒng)1220之一，比如系統(tǒng)700。晶片也可以被移入氮化室1230或者氧化和退火室1240，比如RTP退火室。另外，這樣的平臺(tái)可以支持一種無需具體的加載鎖定機(jī)制的多級(jí)真空抽運(yùn)方案。圖13圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的多級(jí)差分抽運(yùn)注入系統(tǒng)1300的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。在該系統(tǒng)中，目標(biāo)晶片1380在其到達(dá)注入級(jí)之前和之后被移動(dòng)經(jīng)過多個(gè)級(jí)。在某些實(shí)施例 中，晶片1380經(jīng)由輸送帶1390移動(dòng)。然而，設(shè)想可以運(yùn)用其它傳送手段。在圖13中，在晶片1380到達(dá)級(jí)1340之前，晶片1380從右向左移動(dòng)、經(jīng)過級(jí)1310、然后經(jīng)過級(jí)1320、然后經(jīng)過級(jí)1330，其中在每級(jí)施加更強(qiáng)的真空。級(jí)1310施加少量真空V 1(例如造成O. I毫巴的壓強(qiáng))。級(jí)1320施加比級(jí)1310大的真空V2(例如造成O. 01毫巴的壓強(qiáng))。級(jí)1330施加比級(jí)1320甚至更大的真空V3 (例如造成10_4毫巴的壓強(qiáng))。最終，級(jí)1340施加最大的真空V4。在級(jí)1340處，使用上文討論的等離子體格柵注入系統(tǒng)，從而運(yùn)用多格柵板組件(例如格柵板1342和格柵板1344)。一旦完成注入級(jí)，則晶片1380移動(dòng)經(jīng)過級(jí)1350、然后經(jīng)過1360并且最終經(jīng)過級(jí)1370，其中每級(jí)施加比上級(jí)更小的真空。真空室、多步驟加載鎖定或者多級(jí)差分抽運(yùn)傳遞、氣體遞送系統(tǒng)以及自動(dòng)化和工廠接口也可以被配置成符合專用注入系統(tǒng)或者符合典型的大批量太陽(yáng)能電池制造系統(tǒng)。優(yōu)選地，系統(tǒng)的生產(chǎn)率為每小時(shí)1000+個(gè)晶片，以與太陽(yáng)能電池制造線的自動(dòng)化相匹配。對(duì)于用于發(fā)射極和背表面場(chǎng)(BSF)摻雜的均勻注入而言,對(duì)表面濃度、分布圖形狀和結(jié)深度的獨(dú)立控制可以在滿足太陽(yáng)能電池的光轉(zhuǎn)換性質(zhì)時(shí)發(fā)揮重要作用。這樣的注入能力將避免形成繁瑣的擴(kuò)散方法中常見的發(fā)射極“無用層”。這些層由于在使用擴(kuò)散來形成電結(jié)時(shí)積累的未激活的過量的接近表面摻雜劑而形成。用離子注入實(shí)現(xiàn)的分布圖管理可以避免這樣的不足。BSF注入可以用來取代當(dāng)前遇到一系列失配問題的鋁金屬化的方法。對(duì)這樣的BSF注入的控制也將在形成背部接觸時(shí)提供關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)。為了形成其中電池生成電子空穴對(duì)的區(qū)域，優(yōu)選地使用至少為100歐姆/平方的摻雜水平。一般而言，在這一區(qū)域中的摻雜劑過量阻礙這樣的電荷載流子的生成和傳送。這一區(qū)域通常為較低能量的注入，比如對(duì)于硼、BF2、磷、砷、銻和其它類似η型摻雜劑或者P型摻雜劑而言少于150keV。這樣的注入以少于lE16cnT2的劑量執(zhí)行。太陽(yáng)能電池應(yīng)用的覆蓋統(tǒng)一性的要求估計(jì)在5%至10%之間。這要求在等離子體統(tǒng)一性上的類似的均勻性。設(shè)想將每個(gè)太陽(yáng)能電池將獨(dú)立注入以便獲得單晶片系統(tǒng)的益處，這是一種顯著的注入能力，借此定制用于選擇性發(fā)射極區(qū)的摻雜劑的布局和激活可以防止形成傳統(tǒng)無用層問題。由于注入是單側(cè)工藝，所以將無需對(duì)太陽(yáng)能電池的邊緣蝕刻或者切割。
這一能力通過將目標(biāo)襯底定位于格柵組件電極下面的如下距離來實(shí)現(xiàn)，該距離遠(yuǎn)到足以使得子束由于空間電荷擴(kuò)展而已經(jīng)收斂成統(tǒng)一束。這一定位可以通過使用將目標(biāo)襯底移向格柵組件和從格柵組件移開目標(biāo)襯底的升降器來實(shí)現(xiàn)。等離子體強(qiáng)度變化和在第二格柵板上(有時(shí)在第一格柵板上)的電勢(shì)的變化也在光束中提供少于5%(—個(gè)西格瑪)的統(tǒng)一性。如上文提到的那樣，本發(fā)明的另一應(yīng)用是使用某一形式的掩蔽來生成選擇性注入?yún)^(qū)。這樣的區(qū)域依賴于其是用于選擇性發(fā)射極還是選擇性BSF而可以是η型或者P型。它也可以是用于所有背部接觸太陽(yáng)能電池的一連串交錯(cuò)的交替摻雜(η/ρ/η/ρ...等)區(qū)。對(duì)于這一應(yīng)用而言，目標(biāo)襯底加上掩模可以保持與格柵組件很近，其中子束相差和間隔開大得多。備選地，可以依賴于在晶片處的陰影掩模來提供所需的注入選擇性。格柵板開口的尺度可以與襯底掩模相匹配，以求離子束的最佳利用。然而這并不關(guān)鍵，這是因?yàn)檠谀Ｔ诰系拇嬖趯⒋_保選擇性。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的等離子體格柵注入系統(tǒng)用于形成和調(diào)節(jié)用于金屬/半 導(dǎo)體接觸區(qū)的帶隙工程以及功函數(shù)。在這一步驟中，通過在與表面很近的位置處的金屬物質(zhì)注入，金屬/硅接觸得到明顯改善。如上文討論的類似系統(tǒng)可以在選擇性摻雜注入之后用來完成格柵線注入。這樣的種子注入或者功函數(shù)調(diào)節(jié)注入可以提高接觸性能。對(duì)摻雜劑原子分布圖的控制也可以通過在等離子體中可用的多個(gè)物質(zhì)為主來完成。每個(gè)等離子體條件將具有以可變比例的帶電物質(zhì)的混合物。這樣的比例可以被控制并且是可重復(fù)的。這樣的混合物質(zhì)為處于分子和多個(gè)電荷狀態(tài)的所需原子，并且針對(duì)相同的施加電壓偏置將具有變化的能量。例如，可以向等離子體生成器提供單個(gè)類型的摻雜劑材料，在此處，它分解成多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。然后利用多個(gè)摻雜劑物質(zhì)向目標(biāo)襯底注入。例如，使用比如磷化氫的等離子體氣體可以用僅一個(gè)注入步驟提供不同類型的摻雜劑，這是由于由分解的磷化氫形成的所得摻雜劑物質(zhì)(Ρ+、Ρ++、Ρ+++、Ρ2+、Ρ3+、Ρ5+等)的不同電荷和不同質(zhì)量?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)等離子體的條件(比如所用的功率)來調(diào)節(jié)每種摻雜劑物質(zhì)的數(shù)量(即它相對(duì)于全部離子束的百分比)。就這一點(diǎn)而言，用戶可以管理?yè)诫s劑的分解并且可以按照需要定制它(例如80% P+UO% P+\5% P++\3% P2+等)。每種物質(zhì)被注入到晶片中的不同深度處，這是因?yàn)樗鼈兊哪芰坎煌＿@一特征可以用于形成匯成對(duì)于制造而言理想的所需形狀的多個(gè)原子分布圖。使用本發(fā)明的在包含等離子體的室區(qū)與包含襯底的室區(qū)之間具有有限開口的格柵板保證有效的差分抽運(yùn)區(qū)。在等離子體區(qū)中，必須控制真空以便允許形成等離子體并且使任何其它不需要的物質(zhì)的存在最小化。然而，差分抽運(yùn)襯底室也是關(guān)鍵的，這是因?yàn)檎婵沼捎谝r底表面排氣和氣體的加載鎖定脈沖的影響而在一定程度上可變。這一格柵組件也提供對(duì)可能對(duì)襯底的表面有不利影響的自由基團(tuán)和其它潛在空氣傳播的碳?xì)浠衔锏谋Ｗo(hù)。子束的形成及其由于自然空間電荷束擴(kuò)展所致的后續(xù)擴(kuò)展可以用來提供橫向選擇性區(qū)域注入或者均勻注入。如先前討論的那樣，對(duì)于選擇性注入而言，目標(biāo)襯底和限定格柵或者陰影掩?？梢员欢ㄎ怀煞浅＝咏谌駯虐寤蛘咴谂c均勻注入類似的位置處。襯底與格柵鄰近的最小距離取決于對(duì)格柵組件的電壓保持和施加電勢(shì)。束限定的陰影掩模的作用在于確保注入?yún)^(qū)的定位的保真度。這一掩模可以用于改善掩模與襯底的對(duì)準(zhǔn)，并且因此確保在選擇性注入?yún)^(qū)與絲網(wǎng)印刷或者噴墨印刷于太陽(yáng)能電池上的后續(xù)金屬格柵線之間的更高程度的重疊。襯底的這樣的保形摻雜可以用來通過使用掩模和其它獨(dú)特的選擇性摻雜技術(shù)來形成均勻發(fā)射極區(qū)和選擇性發(fā)射極區(qū)這兩者。同時(shí)，可以定制摻雜劑分布圖以通過DC電壓、曝光時(shí)間、在束之下的襯底運(yùn)動(dòng)以及等離子體成分調(diào)節(jié)來提供獨(dú)立的表面濃度、分布圖的形狀和結(jié)深度。另外，通過使用摻雜劑的化學(xué)當(dāng)量比和存在于等離子體中的分子基團(tuán)比，可以進(jìn)一步增強(qiáng)摻雜劑分布圖。這一方法并未排除利用襯底的脈沖化和可能襯底背表面天線或者襯底移動(dòng)以提供選擇性注入所需要的橫向定位優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的系統(tǒng)可以獨(dú)立于襯底尺寸而配置。另外，只要保留了等離子體的統(tǒng)一性，就可以同時(shí)注入多片襯底，由此允許遠(yuǎn)超過1000+wph的生產(chǎn)率。此外，本發(fā)明可以提供一種非視線注入方法，并且因此能夠?qū)κ芟薜膮^(qū)域(比如多級(jí)冶金硅的紋理化表面，該多級(jí)冶金硅可能在表面上具有小丘和凹入特征)進(jìn)行摻雜。對(duì)這樣的區(qū)域進(jìn)行摻雜是關(guān)鍵的，這是因?yàn)槿狈诫s可能引起金屬分流。目標(biāo)襯底的脈沖化可以用來將離子引向這些受限區(qū)。本發(fā)明的注入系統(tǒng)提供用于太陽(yáng)能電池應(yīng)用的獨(dú)特能力。為了滿足太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)率需求，可以運(yùn)用多片同時(shí)均勻注入，接下來是掩蔽和選擇性注入。然而，這樣的注入可以按照任何順序。對(duì)于為156mmx 156mm的偽正方形的典型的四片式襯底(總面積為O. 25m2)而言,這樣的系統(tǒng)優(yōu)選地包括高度為O. 4m而寬度為I. 2m的室。這允許等離子體和格柵溢流區(qū)，以確保在襯底上的注入的統(tǒng)一性。這樣的系統(tǒng)可以與如先前討論的多級(jí)差分抽運(yùn)非加載鎖定布置結(jié)合使用，其中襯底可以在輸送帶或者其它傳送機(jī)制上從大氣側(cè)向真空側(cè)傳送并且反之亦然，這簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)并且減少了材料成本。本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)期生成從下式導(dǎo)出的在為90kV的高電壓偏置下至少為0.5mA/cm2
的平均離子電流密度
權(quán)利要求
1.一種等離子體格柵注入系統(tǒng)，包括 等離子體源，被配置成提供等離子體； 第一格柵板，包括被配置成允許來自等離子體區(qū)中的所述等離子體的離子通過的多個(gè)孔，其中所述第一格柵板被配置成由電源正向偏置； 第二格柵板，包括被配置成在所述離子通過所述第一格柵板之后允許所述離子通過的多個(gè)孔，其中所述第二格柵板被配置成由電源負(fù)向偏置；以及 襯底保持器，被配置成在如下位置支撐襯底，在所述離子通過所述第二格柵板之后在所述位置向所述襯底注入所述離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中 所述第一格柵板由電源正向偏置；以及 所述第二格柵板由電源負(fù)向偏置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中 所述第一格柵板、所述第二格柵板和所述襯底保持器中的至少一個(gè)的位置被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)； 所述均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨所述襯底保持器上的所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中所述單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的不同孔的離子的組合形成；以及 所述選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)所述襯底保持器上的所述襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中所述多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的所述不同孔的離子形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括布置在所述第二格柵板與所述襯底保持器之間的第三格柵板，所述第三格柵板包括被配置成在所述離子通過所述第二格柵板之后允許所述離子通過的多個(gè)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第三格柵板接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中 所述第三格柵板和所述襯底保持器中的至少一個(gè)的位置被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)； 所述均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨所述襯底保持器上的所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中所述單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的不同孔的離子的組合形成；以及 所述選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)所述襯底保持器上的所述襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中所述多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的所述不同孔的離子形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔基本上為圓孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔為伸長(zhǎng)槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔中的每個(gè)孔包括頂端和底端，其中所述底端比所述頂端更接近所述襯底保持器，并且其中每個(gè)孔的直徑從所述頂端向所述底端漸增。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板包括選自由硅、石墨、碳化硅和鎢組成的群組中的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括由室壁限定的室，其中所述等離子體區(qū)、所述第一格柵板和所述第二格柵板容納于所述室內(nèi)，并且其中所述室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥所述等離子體區(qū)中的離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中一個(gè)或者多個(gè)磁體耦合到所述室壁。
13.一種離子注入方法，包括 在室的等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體； 正向偏置第一格柵板，其中所述第一格柵板包括多個(gè)孔并且布置在第一位置； 負(fù)向偏置第二格柵板，其中所述第二格柵板包括多個(gè)孔并且布置在第一位置； 使來自所述等離子體區(qū)中的所述等離子體的離子流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔； 使流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔；以及 向襯底注入流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分，其中所述襯底布置在第一位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中陰影掩模布置在與所述襯底相距預(yù)定距離處，所述陰影掩模包括穿過所述陰影掩模形成的多個(gè)開口，并且所述方法還包括 在對(duì)所述襯底進(jìn)行注入之前使流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述陰影掩模中的所述開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中光阻劑掩模放置成與所述襯底接觸，所述光阻劑掩模包括穿過所述光阻劑掩模形成的多個(gè)開口，并且所述方法還包括 在對(duì)所述襯底進(jìn)行注入之前使流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述光阻劑掩模中的所述開口。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 將所述第一格柵板、第二格柵板和所述襯底保持器中的至少一個(gè)的位置調(diào)節(jié)至第二位置； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后在所述等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使來自所述等離子體區(qū)中的所述等離子體的離子流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔；以及 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后向襯底注入流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分， 其中當(dāng)所述第一格柵板、第二格柵板和所述襯底保持器中的所述至少一個(gè)在所述第一位置時(shí)執(zhí)行的所述注入形成跨所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中所述單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且 其中當(dāng)所述第一格柵板、第二格柵板和所述襯底保持器中的所述至少一個(gè)在所述第二位置時(shí)執(zhí)行的所述注入形成所述襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中所述多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的所述不同孔的離子形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中第三格柵板布置在所述第二格柵板與所述襯底之間，所述第三格柵板布置在第一位置并且包括被配置成在所述離子通過所述第二格柵板之后允許所述離子通過的多個(gè)孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第三格柵板接地。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括 將所述第一格柵板、第二格柵板、所述第三格柵板和所述襯底保持器中的至少一個(gè)的位置調(diào)節(jié)至第二位置； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后在所述等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使來自所述等離子體區(qū)中的所述等離子體的離子流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使流過所述正向偏置的第一格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使流過所述負(fù)向偏置的第二格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分流過所述第三格柵板中的所述孔；以及 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后向襯底注入流過所述第三格柵板中的所述孔的所述離子的至少部分， 其中當(dāng)所述第一格柵板、第二格柵板、所述第三格柵板和所述襯底保持器中的所述至少一個(gè)在所述第一位置時(shí)執(zhí)行的所述注入形成跨所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，其中所述單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過所述第三格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且 其中當(dāng)所述第一格柵板、第二格柵板、所述第三格柵板和所述襯底保持器中的所述至少一個(gè)在所述第二位置時(shí)執(zhí)行的所述注入形成所述襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，其中所述多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過所述第三格柵板的所述不同孔的離子形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔基本上為圓孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔為伸長(zhǎng)槽。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板中的至少一個(gè)格柵板的所述孔中的每個(gè)孔包括頂端和底端，其中所述底端比所述頂端更接近所述襯底保持器，并且其中每個(gè)孔的直徑從所述頂端向所述底端漸增。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一格柵板和所述第二格柵板包括選自由硅、石墨、碳化硅和鎢組成的群組中的材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述等離子體區(qū)、所述第一格柵板和所述第二格柵板容納于由所述室壁限定的室內(nèi)，并且其中所述室壁被配置成使用電場(chǎng)來排斥所述等離子體區(qū)中的離子。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括向所述等離子體施加脈沖電壓的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括向所述襯底施加脈沖電壓的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述脈沖電壓被引向所述襯底上的多個(gè)不同位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 在向所述襯底注入所述離子之前將所述襯底傳遞經(jīng)過第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)，其中所述第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的每級(jí)包括比所述第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的前一級(jí)更低的壓強(qiáng)； 將所述襯底從所述第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)直接傳遞至注入級(jí)； 在向所述襯底注入所述離子之后將所述襯底從所述注入級(jí)直接傳遞至第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)；以及 將所述襯底傳遞經(jīng)過所述第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)，其中所述第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的每級(jí)包括比所述第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的前一級(jí)更高的壓強(qiáng)， 其中所述注入級(jí)包括比所述第一多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)和所述第二多個(gè)差分抽運(yùn)級(jí)中的任何級(jí)更低的壓強(qiáng)。
29.一種等離子體格柵注入系統(tǒng)，包括 等離子體源，被配置成提供等離子體； 格柵組件，包括多個(gè)格柵板，其中每個(gè)格柵板包括被配置成允許來自所述等離子體的離子通過的多個(gè)孔；以及 襯底保持器，被配置成在如下位置支撐襯底，在所述離子通過所述格柵板的所述多個(gè)孔之后在所述位置向所述襯底注入所述離子， 其中所述襯底保持器和所述格柵板中的至少一個(gè)被配置成在均勻注入位置與選擇性注入位置之間調(diào)節(jié)； 其中所述均勻注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)跨所述襯底保持器上的所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入，所述單個(gè)橫向均勻的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的不同孔的離子的組合形成，并且 其中所述選擇性注入位置被配置成實(shí)現(xiàn)所述襯底保持器上的所述襯底的多個(gè)橫向間隔開的離子注入，所述多個(gè)橫向間隔開的離子注入由已經(jīng)通過所述第二格柵板的所述不同孔的離子形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)格柵板包括 第一格柵板，包括被配置成允許來自等離子體區(qū)中的所述等離子體的離子通過的多個(gè)孔；以及 第二格柵板，包括被配置成在所述離子通過所述第一格柵板之后允許所述離子通過的多個(gè)孔。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板被配置成由電源在DC模式中連續(xù)地或者在脈沖模式中正向偏置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述第二格柵板被配置成由電源在DC模式中連續(xù)地或者在脈沖模式中負(fù)向偏置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)格柵板還包括第三格柵板，所述第三格柵板包括被配置成在所述離子通過所述第二格柵板之后允許所述離子通過的多個(gè)孔。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述第三格柵板被配置成接地。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一格柵板、所述第二格柵板和所述襯底保持器都被配置成使它們的位置被調(diào)節(jié)。
36.一種離子注入方法，包括 在室的等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體； 提供包括多個(gè)格柵板的格柵組件，其中每個(gè)格柵板包括多個(gè)孔； 在所述格柵組件中的每個(gè)所述格柵板在第一位置之時(shí)使來自所述等離子體區(qū)中的所述等離子體的第一組離子流過每個(gè)所述格柵板中的所述孔； 在襯底在第一位置由襯底保持器支撐之時(shí)向所述襯底均勻注入流過所述格柵板中的所述孔的所述第一組離子的至少部分，由此由已經(jīng)通過所述相同格柵板的不同孔的所述第一組離子的組合形成跨所述襯底的單個(gè)橫向均勻的離子注入； 將所述襯底或者所述格柵板中的至少一個(gè)格柵板的位置調(diào)節(jié)至第二位置； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后使來自所述等離子體區(qū)中的所述等離子體的第二組離子流過所述格柵組件中的每個(gè)所述格柵板中的所述孔； 在調(diào)節(jié)至所述第二位置之后向所述襯底有選擇地注入流過所述格柵板中的所述孔的所述第二組離子的至少部分，由此由已經(jīng)通過所述相同格柵板的不同孔的所述第二組離子的部分形成所述襯底上的多個(gè)橫向間隔開的離子注入。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)所述襯底的位置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述襯底的位置包括移動(dòng)所述襯底以使其更接近所述格柵組件。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)所述格柵板之一的位置。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述格柵板之一的位置包括移動(dòng)所述格柵板之一以使其更接近所述襯底。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述多個(gè)格柵板包括第一格柵板和第二格柵板，所述第一格柵板被正向偏置，而所述第二格柵板被負(fù)向偏置。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述多個(gè)格柵板還包括接地的第三格柵板。
43.一種離子注入方法，包括 向等離子體生成器提供第一單個(gè)類型的摻雜劑材料； 所述等離子體生成器將所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)；以及 向襯底注入所述第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中在單個(gè)注入步驟中向所述襯底注入所述第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中按照不同深度向所述襯底中注入所述摻雜劑物質(zhì)中的每個(gè)物質(zhì)。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為磷化氫。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中所述第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)包括P+、P++、P+++、P2+、P3+和 P:。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為硼或者砷。
49.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中 向所述等離子體生成器提供第二單個(gè)類型的摻雜劑材料；所述等離子體生成器在所述等離子體生成器將所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成所述第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)的相同時(shí)段期間將所述第二單個(gè)類型的摻雜劑材料分解成第二多個(gè)摻雜劑物質(zhì)；并且 在向所述襯底中注入所述第一多個(gè)摻雜劑物質(zhì)的相同時(shí)段期間向所述襯底中注入所述第二多個(gè)摻雜劑物質(zhì)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料和所述第二單個(gè)類型的摻雜劑材料各自為前驅(qū)氣體。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所述第一單個(gè)類型的摻雜劑材料為砷化氫而所述第二單個(gè)類型的摻雜劑材料為磷化氫。
全文摘要
一種離子注入方法，包括在室的等離子體區(qū)內(nèi)提供等離子體；正向偏置第一格柵板，其中第一格柵板包括多個(gè)孔；負(fù)向偏置第二格柵板，其中第二格柵板包括多個(gè)孔；使來自等離子體區(qū)中的等離子體的離子流過正向偏置的第一格柵板中的孔；使流過正向偏置的第一格柵板中的孔的離子的至少部分流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔；以及向襯底注入流過負(fù)向偏置的第二格柵板中的孔的離子的至少部分。
文檔編號(hào)H01J37/08GK102804329SQ201080025312
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者B·阿迪比, M·丘恩 申請(qǐng)人:因特瓦克公司