專利名稱：具快-慢掃描的遮罩的離子植入的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及元件制造領域。更特定而言，本揭示案是關于利用蔽蔭遮罩 (shadow mask)的離子植入掃描方法。
背景技術：
離子植入是用于將更改導電性的雜質引入基板中的標準技術?；逯械木_的摻雜輪廓及相關聯(lián)的薄膜結構對于合適的元件效能至關重要。一般而言，所需的雜質材料在離子源中經(jīng)離子化，所述離子經(jīng)加速以形成具有規(guī)定能量的離子束，且所述離子束被引導于基板的表面處。所述離子束中的高能離子滲入基板材料的整體中，且嵌入基板材料的晶格中以形成具有所需的導電性的區(qū)域。此離子植入器可用于形成太陽能電池。通常使用用于其它半導體元件的相同制程 (常將硅用作基板材料)而制造太陽能電池。半導體太陽能電池具有內建電場，所述電場分離經(jīng)由將光子吸收入半導體材料中而產(chǎn)生的電荷載流子。此電場通常經(jīng)由形成p-n接面 (二極管)而形成，所述p-n接面是藉由半導體材料的不同摻雜而形成。使用相反極性的雜質來摻雜半導體基板的一部分(例如，表面區(qū))，形成可用作將光轉換為電的光伏打元件的p-n接面。這些太陽能電池使用循環(huán)自然資源提供無污染、可平等獲得的能量。歸因于環(huán)境問題及能量成本上漲，太陽能電池在全球變得愈加重要。降低制造成本或提高這些高效能太陽能電池的生產(chǎn)能力或對高效能太陽能電池的其他效率改良將對在世界范圍內實施太陽能電池具有積極影響。此將實現(xiàn)此項清潔能源技術的更廣泛的可用性。太陽能電池可能需要摻雜以改良效率。此可自圖1中看出，圖1為選擇性發(fā)射極 (selective emitter)太陽能電池的橫截面圖。摻雜發(fā)射極200可提高太陽能電池的效率， 且向觸點202下方的區(qū)域201提供額外摻雜劑。較重度摻雜的區(qū)域201改良導電性，且觸點202之間的較少摻雜改良電荷收集。觸點202可僅間隔開約2至3mm。區(qū)域201的寬度可僅為約50至300 μ m。圖2為指叉背接觸(interdigitated back contact, IBC)太陽能電池的橫截面圖。在IBC太陽能電池中，接面位于太陽能電池的背面上。在此特定實施例中，摻雜圖案為交替的P型摻雜劑區(qū)及η型摻雜劑區(qū)。ρ+發(fā)射極203及η+背面場204可經(jīng)摻雜。此摻雜可使得IBC太陽能電池中的接面能夠起作用或效率得到提高。過去使用經(jīng)加熱以使摻雜劑擴散進入太陽能電池中的含摻雜劑的玻璃或漿料來摻雜太陽能電池。此做法使太陽能電池的各個區(qū)域無法得以精確摻雜，且若存在空隙、氣泡或污染物，則可能會發(fā)生非均一的摻雜。太陽能電池可受益于離子植入，因為離子植入使太陽能電池能得以精確摻雜。然而，對太陽能電池的離子植入可能要求特定摻雜劑圖案，或僅在太陽能電池基板的特定區(qū)域中植入離子。先前，已使用光阻及離子植入而實現(xiàn)對基板的僅特定區(qū)域的植入。然而，因為涉及額外制程步驟，故使用光阻會為太陽能電池生產(chǎn)添加額外成本。太陽能電池表面上的其它硬遮罩較昂貴，且同樣要求額外制程步驟。植入太陽能電池的小區(qū)域以及在所植入的區(qū)域之間具有較低薄層電阻(sheet resistance)以改良串聯(lián)電阻的做法存在優(yōu)勢。以上兩種做法皆可經(jīng)由使用離子植入而實現(xiàn)。因此，此項技術中需要一種經(jīng)由蔽蔭遮罩進行植入的改良方法，且更特定而言，需要一種在太陽能電池制造中使用蔽蔭遮罩的離子植入掃描方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的例示性實施例針對于一種在離子植入器中將離子植入基板中的設備及方法。在例示性方法中，朝向經(jīng)組態(tài)以支撐目標基板的基板支撐件將離子束引導穿過蔽蔭遮罩的小孔。所述基板的與所述遮罩的小孔對準的第一部分暴露于離子束。當所述基板的第一部分暴露于所述離子束時，所述基板支撐件相對于所述離子束以第一掃描速率移動。 所述基板的與所述遮罩的小孔對準的第二部分暴露于離子束。當所述基板的第二部分暴露于所述離子束時，所述基板支撐件相對于所述離子束以第二掃描速率移動，其中所述第一掃描速率及所述第二掃描速率是不同的。在例示性實施例中，離子植入器包含離子源、束線總成(beam line assembly)、蔽蔭遮罩及掃描總成(scanning assembly) 0所述束線總成經(jīng)組態(tài)以自離子源提取離子以形成離子束，且朝向安置于基板支撐件上的基板引導所述離子束。所述遮罩安置在所述基板的前方，且具有多個小孔以允許離子束的相應部分朝向基板穿過遮罩。所述掃描總成經(jīng)組態(tài)以在所述基板的第一部分與所述多個小孔對準時，相對于離子束以第一掃描速率移動所述基板，且在所述基板的第二部分與所述多個小孔對準時，以第二掃描速率移動所述基板。


圖1為選擇性發(fā)射極太陽能電池的橫截面圖。圖2為指叉背接觸太陽能電池的橫截面圖。圖3A為根據(jù)本揭示案的一實施例的代表性離子植入器的方塊圖。圖3B為經(jīng)由蔽蔭遮罩的離子植入的橫截面圖。圖4為蔽蔭遮罩的前方透視圖。圖5為根據(jù)本揭示案的一實施例的基板的速率曲線的實例。圖6A至圖6E代表根據(jù)本揭示案的一實施例的對應于圖5的速率曲線的植入方法。圖7為根據(jù)本揭示案的一實施例的由圖6A至圖6E中所說明的植入方法而產(chǎn)生的基板的前方透視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文參看隨附圖更全面地描述本發(fā)明，隨附圖中繪示本發(fā)明的較佳實施例。然而，本發(fā)明可以許多不同形式體現(xiàn)且不應被解釋為限于本文中所陳述的實施例。實際上，提供這些實施例是為了本揭示案徹底且完整，且將全面地將本發(fā)明的范圍傳達給熟習此項技術者。在圖中，相同標號始終指代相同元件。圖3A為包含離子源腔室120的離子植入器115的方塊圖。電源121將所要能量供應至源腔室120，源腔室120經(jīng)組態(tài)以產(chǎn)生特定物質的離子。經(jīng)由一系列電極114自所述源提取所產(chǎn)生的離子，且所產(chǎn)生的離子形成為束101，束101穿過質量分析器磁體116。質
5量分析器經(jīng)組態(tài)而具有特定磁場，使得僅具有所要質荷比的離子能夠行進穿過分析器，從而在最大程度上傳輸穿過質量解析狹縫117。所要物質的離子自質量狹縫117穿過減速平臺118到達校正器磁體119。校正器磁體119經(jīng)供給能量以根據(jù)所施加的磁場的強度及方向而使子束(beamlet)偏轉，以提供目標朝向位于支撐件(例如，壓板)102上的工件或基板(圖3B中的100)的帶狀束。在某些實施例中，第二減速平臺122可安置于校正器磁體 119與支撐件102之間。所述離子在與基板中的電子及原子核碰撞時失去能量，且基于加速能量而保持于基板內的所要深度處。遮罩104(圖3B中所示)在遮蓋著壓板102的處理腔室中接近基板(圖3B中100處所示)而安置。遮罩104可在本文中稱為蔽蔭或近接遮罩(proximity mask)。遮罩具有多個小孔(圖3B中的105)，所述多個小孔允許離子束的與小孔對準的部分朝向基板行進，且阻擋離子束的未與小孔105對準的部分。離子束101在朝向基板行進(在Z方向上)時其高度(Y方向)小于寬度(X方向)。由于所述離子束的高度小于寬度，故所述基板僅有一部分暴露于離子束。因此，為了掃描整個基板，離子束101 (隨之為遮罩104)必須相對于基板移動，或基板必須相對于離子束101移動。然而，若離子束及遮罩移動以便掃描基板的表面，則復雜的冷卻及接地連接必須在空間已非常珍貴的處理腔室中提供給此掃描移動。因此，使基板相對于離子束101移動較簡單。掃描總成102a耦合至壓板102，且經(jīng)組態(tài)以相對于離子束而移動基板。具體而言，當所述基板的第一部分與所述多個小孔對準時，所述掃描總成以第一掃描速率移動所述基板，且當所述基板的第二部分與所述多個小孔對準時，以第二掃描速率移動所述基板。掃描總成用于在離子束將所要的離子劑量植入基板上時在Y方向上以可變速度移動基板。或者，掃描總成可在離子束將所要的離子劑量植入基板上時在X方向上以可變速度移動基板。以此方式，掃描速度可減慢以在基板的特定部分處駐留較長時間，從而重度摻雜太陽能電池的觸點區(qū)，以及更快移動以駐留較短時間，從而輕度摻雜電池的所暴露發(fā)射極區(qū)。圖3B為經(jīng)由遮罩的植入的橫截面圖。當在基板100中需要特定離子植入圖案時， 可在離子束101的路徑中將遮罩104放置在基板100前方。此遮罩104可為蔽蔭或近接遮罩?；?00可例如為放置于壓板102上的太陽能電池。用于太陽能電池的典型基板非常薄，常為約300微米厚或更薄。使用靜電或物理力將基板100保持于壓板102上的適當位置。雖然未要求，但基板在X方向上的寬度較佳小于離子束101的寬度。然而，關于基板的正交方向，此類限制并非較佳。遮罩104具有對應于所要離子植入圖案的一或多個小孔105。使用蔽蔭遮罩104 可無需其它離子植入技術所需要的諸如網(wǎng)版印刷或微影等處理步驟。如先前所陳述，在太陽能電池的接觸部分下(諸如，參看圖1中的區(qū)域201)具有較高摻雜劑程度是一優(yōu)勢。雖然論述了選擇性發(fā)射極太陽能電池，但此方法的實施例可應用于其它太陽能電池設計。點接觸將使金屬與硅的接觸面積最小。對于這些點接觸，摻雜劑應位于觸點202下方，以提供電場來保護觸點免受少數(shù)載流子影響。摻雜劑必須定位于此，因為高度摻雜區(qū)在可能存在于觸點202之間的鈍化表面下方是有害的?？山逵山?jīng)由在其上具有點的遮罩而摻雜點接觸。然而，具有此摻雜結構的太陽能電池的串聯(lián)電阻仍可能受到觸點202之間的摻雜劑的量限制。在經(jīng)由遮罩104的植入中， 當掃描基板100時，遮罩104必須與基板100 —起行進。如上文所提及，此移動增加對遮罩104進行冷卻及接地的難度。另外，具有小孔105的遮罩104將阻擋大量離子束103，結果會降低生產(chǎn)率及元件產(chǎn)量。具有多個小孔105的固定遮罩104經(jīng)組態(tài)以覆蓋離子束101的高度(Y方向)。此例如可為帶狀離子束101的高度或所掃描的離子束101的最大及最小垂直范圍。此設計在一個維度上提供位置界定，所述維度諸如為掃描離子束101的維度(例如，Y方向)或帶狀離子束101的長度維度(例如，X方向)。藉由改變基板100的掃描速度而提供第二維度 (諸如，掃描基板100的方向)上的位置界定。圖4為蔽蔭遮罩404的前方透視圖，所述蔽蔭遮罩404具有七個小孔405，且相對于離子束101是固定的(亦即，不平移或掃描)。雖然圖示了七個小孔405，但遮罩404不僅限于七個小孔405，其它數(shù)目亦為可能的。離子束(諸如離子束101)在整個植入過程期間入射于遮罩404上，且遮罩404相對于此離子束是靜止或固定的?；?00在遮罩404后方受到掃描。遮罩的在小孔404之間界定的部分405a及在遮罩的末端處界定的部分405b 及405c阻擋離子束植入基板100上。圖5為例示性基板的對應掃描速率曲線的實例。此速率曲線使基板100以第一速度在速率曲線的較大百分比期間移動，但當離子束101位于基板100上的五個均勻間隔的位置中的每一位置上時，基板100減慢至第二速度。具體而言，基板100在tN與tN_i之間界定的由元件符號501表示的例示性時間間隔期間，以第一速度S1移動。基板100的移動速度在tN_i與tN_2之間界定的由元件符號500表示的例示性時間間隔期間，改變?yōu)樗俣萐2。 由于S1的掃描速度慢于掃描速度S2，故在速度S2下，基板100的表面上的來自離子束101 的離子的劑量率將較低，因為基板較快速移動穿過離子束。因此，歸因于較高掃描速度S1, 植入于基板100上的這五個位置(由501表示)之間的劑量將低于基板上的五個位置(由 500表示)處的劑量。此可用于將基板的較高劑量率位置與例示性太陽能電池上的點金屬接觸對準。圖6A至圖6E說明對應于圖5的速率曲線的植入方法的結果。在圖6A中，離子束 101在第一位置中經(jīng)由遮罩404中的小孔405植入基板100。較低劑量區(qū)601對應于圖5 的速率曲線中掃描速度較快(S1)的部分。在圖6B中，離子束101在第二位置中經(jīng)由遮罩 404中的小孔405進行植入，其中較高劑量植入?yún)^(qū)600對應于速率曲線中具有較慢掃描速度 (S2)的部分。因此，圖6B說明來自第一位置的較高劑量植入?yún)^(qū)600、較低劑量植入?yún)^(qū)601及對應于遮罩的在小孔405之間的區(qū)域405a的未摻雜區(qū)602?；?00可在遮罩404后方連續(xù)受到掃描。然而，如圖5中所見，與基板100的較低劑量區(qū)601相比，當離子束101正植入較高劑量植入?yún)^(qū)600，基板100以第二速度較慢地掃描。因此，與在圖6A至圖6B中所圖示的第一位置與第二位置中進行植入時相比，基板 100在第一位置與第二位置(未圖示)之間以第一速度較快地移動。由于遮罩相對于離子束101是固定的，故不需要在掃描基板期間使遮罩與基板一起移動，此做法尤其在較低劑量程度提供了增加的制造產(chǎn)量。圖6C至圖6E代表在基板100在例示性Y方向上移動時在分別對應于基板100的若干部分的第三位置、第四位置及第五位置中經(jīng)由遮罩404中的小孔405植入離子束101 的結果。圖7為由圖6A至圖6E中所圖示的植入方法產(chǎn)生的基板的前方透視圖。如圖7 中所圖示，已在基板100中形成一系列較高劑量植入?yún)^(qū)600，且在所述較高劑量植入?yún)^(qū)之間具有較低劑量植入?yún)^(qū)601。未摻雜區(qū)602對應于在小孔405之間的遮罩部分405a、405b及 405c后方及遮罩404的外圍處對準的基板部分。較高劑量區(qū)600可對應于太陽能電池中將要在金屬化步驟期間添加的點接觸。由于遮罩404在圖6A至圖6E中是靜止或固定的，故此做法使冷卻及接地連接較簡單，因為遮罩404未如基板100 —般移動。此做法亦可改良遮罩404的冷卻及接地連接的效率及可靠性?？山逵杀问a遮罩(諸如遮罩104)生產(chǎn)圖7的基板100，所述蔽蔭遮罩與基板100 一起掃描。然而，整個基板100將必須隨著圖6A至圖6E中所示的每一植入步驟而在相同量的時間中保持于離子束101中。此意謂執(zhí)行植入所需的離子束101劑量將增加Sh/((Bh) (η))倍，其中Sh為基板100的高度、Bh為離子束101的高度，且η為較高劑量植入?yún)^(qū)600的列數(shù)(number of rows)。對于4mm高度的離子束101，156mm高度的基板100及四列較高劑量植入?yún)^(qū)600，使用圖6A至圖6E中所圖示的方法的總劑量將比使用掃描遮罩104的植入方法低十倍。此降低的劑量使得產(chǎn)量提高且生產(chǎn)成本降低。此降低的劑量亦可使遮罩404上的熱負荷減少。較高劑量植入?yún)^(qū)600之間的較低劑量植入?yún)^(qū)601可降低任何所得太陽能電池的串聯(lián)電阻。多數(shù)載流子必須自產(chǎn)生地帶輸送至觸點，且這些載流子在輸送期間所遭遇的電阻使太陽能電池的輸出減少。對于源自接觸點之間的多數(shù)載流子而言，觸點之間的略微較高劑量將使電阻降低。此做法可使太陽能電池中的內部串聯(lián)電阻較佳。本揭示案在范圍上不受本文中所描述的特定實施例限制。實際上，除了本文中所描述的實施例及修改之外，熟習此項技術者藉由上文描述及隨附圖將明白本揭示案的其他各種實施例及對其的修改。因此，所述其它實施例及修改意欲屬于本揭示案的范圍內。此夕卜，雖然已在本文中出于特定目的在特定環(huán)境中進行特定實施的情境下描述了本揭示案， 但熟習此項技術者將認識到，其有用性不限于此且可出于任何數(shù)目的目的在任何數(shù)目的環(huán)境中有益地實施本揭示案。因此，可鑒于本文中所描述的本揭示案的全部廣度及精神而解釋權利要求的范圍。
權利要求
1.一種將離子植入至太陽能電池基板中的方法，包括朝向經(jīng)組態(tài)以支撐目標基板的基板支撐件將離子束引導穿過蔽蔭遮罩的小孔； 將所述基板的第一部分暴露于所述離子束，所述第一部與所述蔽蔭遮罩的所述小孔對準；當所述基板的所述第一部分暴露于所述離子束時，使所述基板支撐件相對于所述離子束以第一掃描速率移動；將所述基板的第二部分暴露于所述離子束，所述第二部分與所述遮罩的所述小孔對準；以及當所述基板的所述第二部分暴露于所述離子束時，使所述基板支撐件相對于所述離子束以第二掃描速率移動，其中所述第一掃描速率慢于所述第二掃描速率。
2.根據(jù)權利要求1所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，其中所述基板是用于形成太陽能電池的材料，所述第一掃描速率對應于所述太陽能電池的點接觸。
3.根據(jù)權利要求1所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，還包括相對于所述離子束而固定地定位所述蔽蔭遮罩。
4.根據(jù)權利要求3所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，其中相對于所述離子束的第一維度而固定所述蔽蔭遮罩。
5.根據(jù)權利要求4所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，還包括對應于所述第一維度在所述基板上掃描所述離子束。
6.根據(jù)權利要求5所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，其中所述第一維度對應于所述離子束的高度。
7.根據(jù)權利要求5所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，其中所述第一維度對應于所述離子束的寬度。
8.根據(jù)權利要求1所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，還包括相對于所述離子束的路徑正交地對準所述蔽蔭遮罩。
9.根據(jù)權利要求1所述的將離子植入至太陽能電池基板中的方法，其為所述遮罩提供小孔，所述小孔的高度尺寸大于所述離子束的高度尺寸。
10.一種將離子植入至基板中的方法，包括朝向經(jīng)組態(tài)以支撐目標基板的基板支撐件將離子束引導穿過蔽蔭遮罩的多個小孔； 對應于所述蔽蔭遮罩的所述多個小孔，將所述基板的第一部分暴露于所述離子束； 當所述基板的所述第一部分暴露于所述離子束時，使所述基板支撐件相對于所述離子束以第一速率移動；對應于所述蔽蔭遮罩的所述多個小孔，將所述基板的的第二部分暴露于所述離子束；以及當所述基板的所述第二部分暴露于所述離子束時，使所述基板支撐件相對于所述離子束以第二速率移動，其中所述第一掃描速率快于所述第二掃描速率。
11.根據(jù)權利要求10所述的將離子植入至基板中的方法，還包括當所述基板的所述第一部分及所述第二部分暴露于所述離子束時，阻擋所述離子束到達所述基板的第三部分， 所述第三部分與所述蔽蔭遮罩的位于所述多個小孔之間的區(qū)域對準。
12.根據(jù)權利要求10所述的將離子植入至基板中的方法，還包括相對于所述離子束的路徑正交地對準所述蔽蔭遮罩。
13.根據(jù)權利要求10所述的將離子植入至基板中的方法，還包括相對于所述離子束而固定地定位所述蔽蔭遮罩。
14.根據(jù)權利要求10所述的將離子植入至基板中的方法，其中所述第二掃描速率對應于太陽能電池的點接觸。
15.一種用于植入基板的離子植入器，所述基板是用于形成太陽能電池的材料，所述離子植入器包括離子源；束線總成，經(jīng)組態(tài)以自所述離子源提取離子以形成離子束，且朝向安置于基板支撐件上的基板引導所述離子束；遮罩，安置在所述基板的前方，所述遮罩具有多個小孔，以允許所述離子束的相應部分朝向所述基板穿過所述遮罩；以及掃描總成，經(jīng)組態(tài)以當所述基板的第一部分與所述多個小孔對準時，相對于所述離子束以第一掃描速率移動所述基板支撐件，且當所述基板的第二部分與所述多個小孔對準時，以第二掃描速率移動所述基板支撐件，其中所述第一掃描速率快于所述第二掃描速率， 且所述第二掃描速率對應于所述太陽能電池的點接觸。
16.根據(jù)權利要求14所述的離子植入器，其中所述蔽蔭遮罩相對于所述離子束固定地安置在所述基板的前方。
17.根據(jù)權利要求14所述的離子植入器，其中所述離子束具有一高度尺寸，所述小孔的長度對應于所述小孔的所述高度。
18.根據(jù)權利要求14所述的離子植入器，還包括冷卻子總成，所述冷卻子總成連接至所述蔽蔭遮罩以用于維持所述蔽蔭遮罩的溫度。
19.根據(jù)權利要求14所述的離子植入器，其中所述第一掃描速率慢于所述第二掃描速率，所述基板的所述第一部分與所述基板的所述第二部分相比具有來自所述離子束的較高劑量率的離子。
20.根據(jù)權利要求18所述的離子植入器，其中所述基板是用于形成太陽能電池的材料，且所述基板的所述第一部分對應于所述太陽能電池中的點接觸。
全文摘要
一種產(chǎn)生太陽能電池的改良方法，其利用在離子植入器中相對于離子束而固定的遮罩。朝向基板將所述離子束引導穿過所述遮罩中的多個孔。所述基板以不同速度移動，使得當所述基板以第一掃描速率移動時，所述基板暴露于一離子劑量率，且當所述基板以第二掃描速率移動時，所述基板暴露于第二離子劑量率。藉由修改所述掃描速率，可在對應的基板位置處將各種劑量率植入于所述基板上。此做法使離子植入能用于提供對于太陽能電池制造而言有利的精確的摻雜輪廓。
文檔編號H01L21/265GK102484167SQ201080037578
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權日2009年8月11日
發(fā)明者史蒂芬·M·恩爾拉, 尼可拉斯·P·T·貝特曼, 班杰明·B·里歐登, 阿塔爾·古普塔 申請人:瓦里安半導體設備公司