专利名称：可控制地植入工件的装置与方法
技术领域：
本发明涉及工件的植入,尤其涉及用于工件的聚焦植入(focused implantation)的方法与装置。
背景技术：
离子植入是一种将性质变更杂质引入至基板中的标准技术。使所要杂质材料在离子源中离子化，使离子加速以形成规定能量的离子束，且使离子束指向基板的表面。离子束中的高能离子渗透至基板材料的次表面中且嵌入至基板材料的晶格中以形成所要导电率或材料性质的区域。太阳能电池使用免费自然资源提供无污染、平等取用的能源。归因于环境关注以及上涨的能源成本，可由硅基板构成的太阳能电池变得在全球范围内较为重要。高效能太阳能电池的制造或生产的任何减少成本或高效能太阳能电池的任何效率改良将对世界范 围的太阳能电池的实施具有正面影响。此情形将使得能够实现此清洁能源技术的较广可用性。掺杂可改良太阳能电池的效率。可使用离子植入来执行此掺杂。图I为选择性发射极太阳能电池10的横截面图。对发射极200掺杂且将额外掺杂剂提供至触点202下的区域201可增加太阳能电池的效率(转换成电能的光的百分比)。对区域201较重地掺杂会改良导电率，且在触点202之间具有较少掺杂会改良电荷收集。触点202可仅隔开约2毫米至3毫米。区域201可仅为约100微米至300微米宽。图2为指叉型背部触点(interdigitated back contact, IBC)太阳能电池20的横截面图。在IBC太阳能电池20中，接面在太阳能电池的背部上。在此特定实施例中，掺杂图案为交替P型以及n型掺杂区域。可对P+发射极203以及n+背表面场204掺杂。此掺杂可使IBC太阳能电池中的接面能够起作用或具有增加的效率。高剂量植入可实现离子植入器的最低拥有成本。一些植入可能需要区域化或选择性掺杂或区域化或选择性材料改质。对于选择性植入，微影用于植入可能成本太过高(由于需要额外步骤)。对于这些应用，并未完全测试等离子体掺杂技术。直接暴露至等离子体中的中性物质可造成工件的沉积或蚀刻，且可能需要额外清洁步骤。因此，此项技术中需要工件的改良植入，且更特定言之，需要用于工件的聚焦植入的改良方法与装置。
发明内容
在一个实施例中，一种处理装置包括等离子体源，所述等离子体源经组态以在等离子体腔室中产生等离子体，其中所述等离子体含有用于植入至工件中的离子。所述装置亦包含具有孔隙的聚焦板，所述聚焦板经组态以修改接近所述聚焦板的等离子体外鞘的形状，以使得离子离开所述孔隙以界定聚焦离子。所述装置还包含与所述聚焦板隔开的含有工件的处理腔室，其中所述聚焦离子具有实质上比所述孔隙窄的植入宽度。所述装置经组态以藉由在离子植入期间扫描所述工件而在所述工件中形成多个图案化区。
在另一实施例中，一种在等离子体处理系统中植入工件的方法包括邻近于包括等离子体的等离子体腔室提供聚焦板，所述聚焦板具有孔隙配置，所述聚焦板经组态以穿过将聚焦离子朝向所述工件提供的至少一个孔隙自所述等离子体提取所述离子。所述方法还包括在工件固持器与所述等离子体之间提供偏压以将所述聚焦离子吸引至所述工件，以及相对于所述聚焦板扫描所述工件固持器，以便产生多个选择性植入区。
图I为已知的选择性发射极太阳能电池的横截面图。图2为已知的指叉型背部触点太阳能电池的横截面图。图3为等离子体系统内的聚焦板配置的横截面图。图4为经植入的太阳能电池的实施例的俯视图。图5为与本发明的第一实施例一致的等离子体处理装置的方块图。 图6为与本发明的第二实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图7为与本发明的第三实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图8为与本发明的第四实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图9为与本发明的第五实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图10为与本发明的第六实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图11为与本发明的第七实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图12为与本发明的第八实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图13为聚焦板的一个实施例的横截面图。图14为说明在植入期间的步进移动的横截面图。图15至图15d说明离子剂量与扫描速度之间的关系。图16为说明静电抑制的一个实施例的横截面图。图17A至图17B为说明磁性抑制的两个实施例的横截面图。图18至图19说明使用RF或DC同步以两个掺杂剂含量对工件植入的本发明的实施例中所涉及的例示性步骤。图20a以及图20b分别为在植入之前与植入之后的工件以及聚焦板系统的俯视图。图20c为在植入之后的图20a至图20b的工件的示意性俯视图，其显示植入区。图20d为在植入期间的工件以及聚焦板系统的俯视图。图20e为20d的工件的示意性俯视图，其显示植入区。图21为程序控制装置的正视图。图22为与本发明的第九实施例一致的等离子体处理装置的方块图。图23至图24说明根据脉冲植入实施例的依据时间的例示性电压以及工件位置曲线。
具体实施例方式本文中结合太阳能电池描述系统以及工件的实施例。然而，此系统的实施例可用于(例如)以下各者半导体晶圆、合成半导体基板或薄膜、位元规则媒体(bit-patternedmedia)、固态电池、平板面板(plate panel)、LED基板、玻璃基板等。因此,本发明不限于下文所描述的特定实施例。图3为等离子体系统内的聚焦板配置的横截面图。聚焦板101经组态以修改等离子体外鞘242内的电场，以控制在等离子体140与等离子体外鞘242之间的边界241的形状。因此，跨越等离子体外鞘242自等离子体140吸引的离子102可以较大范围的入射角撞击工件100。如此项技术中已知地产生等离子体140。在图3的实施例中，聚焦板101包含一对板212与214，板212与214在其之间界定具有水平间隔(G)的间隙。板212可为绝缘体、半导体或导体。在其他实施例中，聚焦板101可仅包含一个板或包含两个以上板。所述一对板212与214可为具有薄型、扁平形状的一对薄片。在其他实施例中，所述一对板212与214可为其他形状，诸如管型、楔型和/或具有接近间隙的倾斜边缘。所述一对板212与214亦可定位于平面151上方的垂直间隔(Z)处，平面151是藉由工件100的前表面界定。在一个实施例中，垂直间隔(Z)可为约2. O毫米至3. O毫米。
可藉由不同机构跨越等离子体外鞘242自等离子体140吸引离子102。在一个例子中，对工件100施加偏压，以跨越等离子体外鞘242自等离子体140吸引离子102。离子102可为P型掺杂剂、η型掺杂剂、氢气、惰性气体或熟习此项技术者已知的其他物质。有利的是，聚焦板101修改等离子体外鞘242内的电场，以控制在等离子体140与等离子体外鞘242之间的边界241的形状。在一个例子中，在等离子体140与等离子体外鞘242之间的边界241可具有相对于平面151的凸面形状。当对工件100施加偏压时，(例如)穿过板212与214之间的间隙跨越等离子体外鞘242以较大范围的入射角吸引离子102。举例而言，遵循轨迹路径271的离子可以相对于平面151的角度+ Θ °撞击工件100。遵循轨迹路径270的离子可以相对于同一平面151的约角度0°撞击工件100。遵循轨迹路径269的离子可以相对于平面151的角度-Θ °撞击工件100。因此，入射角的范围可在以约0°为中心的+ θ°与-θ°之间。另外，一些离子轨迹路径(诸如，轨迹路径269与271)可彼此交叉。取决于包含(但不限于)板212与214之间的水平间隔(G)、在平面151上方的板212以及214的垂直间隔(Z)、板212以及214的介电常数或等离子体140的其他制程参数的若干因素，入射角(Θ)的范围可在以约0°为中心的+60°与-60°之间。图4为经植入的太阳能电池的实施例的俯视图。图4的太阳能电池500为选择性发射极设计，但本文中所揭示的实施例并不仅限于选择性发射极太阳能电池。太阳能电池500的宽度以及高度可为(例如)约156毫米或约125毫米。如图I (且更特定言之，图4)中所见，太阳能电池500具有经掺杂的接触区域501以及在接触区域501之间的发射极502，发射极502是以稍低于接触区域501的剂量的剂量掺杂。在一个例子中，接触区域是以约5 X IO15掺杂剂原子/平方公分掺杂，且发射极502是以约I X IO15掺杂剂原子/平方公分掺杂。在另一例子中，接触区域501隔开约2毫米且约100微米宽。使用10千电子伏特磷植入，这些接触区域501是以约3 X IO15掺杂，且发射极502以约I. 5 X IO15掺杂。可执行在太阳能电池500的整个表面上的毯覆式(blanket)植入以对发射极502掺杂，同时选择性或图案化植入可对接触区域501掺杂。图5为与本发明的第一实施例一致的处理装置的方块图。系统400包含等离子体源401、聚焦板101 (或外鞘工程板)以及处理腔室402。气体源404连接至等离子体源401。等离子体源401或系统400的其他组件亦可连接至诸如涡轮泵的泵(未图示)。产生等离子体140的等离子体源401可为(例如)RF等离子体源、感应耦合等离子体(inductively-coupled plasma, ICP)源、间接加热阴极(indirectly heated cathode,IHC)或熟习此项技术者已知的其他等离子体源。在此特定实施例中，等离子体源401为具有RF源产生器408以及RF源产生器409的RF等离子体源。在此特定实施例中，等离子体源401被外壳411环绕，且DC中断部(DC break) 410将外壳411与处理腔室402分开。可将处理腔室402、等离子体源401或平台403接地。聚焦板101用以提取用于植入至工件100中的离子406。可将聚焦板101冷却。等离子体140自等离子体源401之此提取可为连续的(DC)或脉冲式的。可对等离子体源401施加偏压，且可提供偏压电源供应器(未图示)，以在基板上提供连续或脉冲偏压以吸引离子406。虽然图5中说明多个孔隙407，但聚焦板101可具有至少一个孔隙407。如下文关于图20进一步论述，孔隙407可配置成对应于工件100内的所要植入图案的阵列。可将聚 焦板101冷却或以其他方式使其热特性受控制。等离子体源401与处理腔室402中的压力可大致相等，此情形可造成电弧。熟习此项技术者将认识到，可藉由增加处于不同电位的物件之间的距离且藉由在组件上使用平滑表面(在任何可能时)来将高压电弧最小化。工件100中的植入区域的尺寸可随着系统400中的组件的参数而变化。一或多个工件100 (其可为太阳能电池)配置于处理腔室402中的平台403上。可控制聚焦板101与工件100之间的距离，以补偿聚焦板101的任何热膨胀。这些工件100可配置成N个工件100宽以及N个工件100长(其中，宽度尺寸中的变数"N"可不同于长度尺寸中的变数"N")的阵列或矩阵。在图5中，说明1X3的工件矩阵。配置于垂直定向上的平台403可使用静电夹持、机械夹持或静电夹持与机械夹持的组合来保持工件100。可使用平台403来扫描工件100。在图5的实施例中，平台403可在方向405上扫描。然而，平台403可取决于工件100上的所要植入图案而执行ID或2D扫描。举例而言，可执行2D扫描以在工件100中形成光点形状或圆点形状植入区域。在替代实施例中，聚焦板101相对于固定工件100扫描。可使用各种装载以及卸载机构来将工件100置放于平台403上。在一个例子中，平台403可经组态以对工件100提供背面气体冷却。可在植入之前或植入期间使用平台403或某一其他装置将工件100加热或冷却至各种温度。可使等离子体源401的脉冲发送与聚焦板101和/或工件100的扫描同步。此扫描可经组态以达成跨越工件100的离子的所要剂量以及分布。用以形成离子406的提取的脉冲性能够实现工件100的较佳电荷中和。在一个例子中，可使用二次电子集电板。图6为与本发明的第二实施例一致的等离子体处理装置的方块图。在此实施例中，平台403安置于聚焦板101下方且在方向605上移动。虽然使用重力支撑工件100简化了平台403，但沉积或降落粒子可出现在工件上。图7为与本发明的第三实施例一致的等离子体处理装置的方块图。在此实施例中，平台403安置于聚焦板101上方且在方向605上移动。此情形消除了工件100上的沉积或粒子的风险，但平台403需要足够夹持力以在系统400内的处理期间将工件100倒置地固持。图8为与本发明的第四实施例一致的等离子体处理装置的方块图。此实施例中的工件100安置于在方向405上移动的传送带800上,方向405可为垂直方向。图9为与本发明的第五实施例一致的等离子体处理装置的方块图。工件100安置于在方向605上移动的传送带800上，方向605可为水平方向。此系统400可能在工件100上具有沉积或粒子，类似于图6的实施例。图10为与本发明的第六实施例一致的等离子体处理装置的方块图。工件100安置于在方向605上移动的传送带800上。传送带405可夹紧工件100以便将工件100倒置地固持。此实施例消除了工件100上的沉积或粒子的风险。虽然已在(例如)图5至图10的实施例中说明传送带800以及平台403，但可使用其他工件100输送机构。因此，本文中所揭示的实施例并不仅限于传送带800或平台403。使用传送带800的某些实施例可使用差动抽汲(differential pumping)来维持处理腔室402中的真空。
图11为与本发明的第七实施例一致的等离子体处理装置的方块图。在此实施例中，至少传送带800以及聚焦板101为倾斜的，且工件100在方向1105上移动，方向1105可为在水平与垂直之间的范围内的角度。虽然将图11的实施例的整个系统400说明为倾斜的，但系统400的其余部分可能并不倾斜。说明传送带800，但可使用平台403或其他工件100输送机构。倾斜组态将实现工件100的重力对准，且简化用于将工件100固持于传送带800上的机构。图12为与本发明的第八实施例一致的等离子体处理装置的方块图。在系统1200中，说明等离子体源401以及等离子体源1203。等离子体源1203自气体源1202形成等离子体1201。在一个例子中，等离子体1201为p型(亦即，将p型掺杂剂物质供应至工件100的等离子体)，且等离子体140为n型(亦即，将n型掺杂剂物质供应至工件100的等离子体)，但等离子体140以及等离子体1201不限于此配置。在一个特定实施例中，使用系统1200来制造如图2中所说明的IBC太阳能电池。因此，平台403使工件100在等离子体源401与等离子体源1203之间平移，以对IBC太阳能电池的n型区域与p型区域两者掺杂。可在植入周期期间断开或接通等离子体源401、1203，或可按照在工件100中出现一些反掺杂效应(counterdoping effect)的方式连续地操作。亦可调整偏压的强度以使反掺杂效应最小化。换言之，当将意欲n型掺杂的工件的部分暴露至等离子体1201时以及当将意欲P型掺杂的工件的部分暴露至等离子体140时，可减小等离子体与工件之间的偏压。虽然说明平台403，但可使用传送带或其他工件100输送机构。图22为与本发明的第九实施例一致的等离子体处理装置的方块图。系统2200具有等离子体源401与等离子体源2201两者。等离子体源2201自气体源2203形成等离子体2202。虽然说明平台403，但可使用传送带或其他工件100输送机构。在此实施例中，平台403可在等离子体源401与等离子体源2201之间旋转或扭转。在另一实施例中，平台403或某一其他输送机构可实现在工件100的相对两面上植入。在另一实施例中，等离子体源402与等离子体源2201可处于不同高度。在图12以及图22的实施例中，说明两个等离子体源。亦可使用两个以上等离子体源。虽然将系统1200以及2200说明为垂直的，但类似于本文中所揭示的其他实施例的其他组态是可能的。用于毯覆式植入以及选择性植入、掺杂以及材料改质植入或其他组态的具有两个等离子体源的其他系统是可能的。
在本文中所揭示的实施例中，诸如等离子体源401的等离子体源可连续地操作。此情形减少了产生等离子体140所需的时间。可在系统400内同步(in-situ)清洁聚焦板101。在一个例子中，清洁等离子体可在等离子体源401中执行。可(例如)在某数目次植入循环之后执行此预防维护。当在等离子体源401中使用可造成沉积的物质时，此清洁可随着时间的过去而维护离子406的所要特性或尺寸。聚焦板101的热控制可减少聚焦板101上的沉积。此情形可涉及聚焦板的加热或冷却。本发明的等离子体处理装置的实施例促进选择性小区与毯覆式植入两者，而不需要多个遮罩或复杂植入方案。为了达到此目的，可结合适当等离子体参数设计孔隙以及工件组态，以促进提取形成离子束的聚焦离子，离子束的宽度收敛且在宽度实质上比形成离子束的孔隙窄(意谓小于约75%的孔隙宽度)的区域中截取基板。图13为聚焦板的一个实施例的横截面图，其说明离子聚焦的细节。聚焦板101可将孔隙407隔开距离D1，距离Dl可为约I公分。孔隙407可为约2毫米的长度D2。工件100可与聚焦板101隔开约I公分的距离D3。使用聚焦板101的工件100中的植入区域 可为约100微米的宽度D4。聚焦板101可具有孔隙407，孔隙407的高度大于约156毫米(进入图13中的页面中)。聚焦板101本身的宽度可大于156毫米。对于10千电子伏特植入，此聚焦板101可自每一孔隙407提取约O. 2安培/公尺的离子406，且若工件100与聚焦板101隔开约I公分，则可在工件100处将离子406扩散聚焦(focus down) 100微米植入宽度。若存在15个孔隙407，则此情形均等于工件100上的离子406的468毫安电流。若长度D2为约I毫米且对等离子体源施加偏压达5千电子伏特并将工件100接地，则可将离子406集中聚焦(focus up)至十倍或十倍以上。因此，本发明的实施例可用以植入具有约10微米的长度D4的区域。其他聚焦等级(focusing level)亦是可能的。因此，本发明的实施例可使用宽度约数毫米的孔隙产生约数微米至数百微米的固定植入宽度(意谓在并不相对于聚焦离子扫描工件的情况下产生的植入区域的宽度)。因此可形成宽度相同于或大于(使用扫描)固定植入宽度的窄选择性植入区域。此外，因为聚焦离子是自宽度D2的相对较大孔隙提取，所以聚焦离子406在工件100处在固定植入宽度D4上提供离子的高通量(电流)。此情形藉由提供足够高的离子电流以给予用于毯覆式植入的所需植入含量的合理的工件扫描速率来促进较小区中的高剂量植入以及快速毯覆式植入两者。图14为说明在根据本发明的方法的植入期间的步进移动的横截面图。使工件100在方向405上相对于离子406移动。此情形在工件100中形成较高掺杂的区域1400以及较低掺杂的区域1401。相对于板101以比较低掺杂的区域1401的植入期间的扫描速度慢的速度扫描工件100，以形成较高掺杂的区域1400。可在工件100的表面上重复此程序。转向图15a至图15d，提供细节以说明基板100中所接收的离子剂量1504与可提供于聚焦板101与基板100之间的可变扫描速度之间的关系。可藉由相对于固定基板100扫描聚焦板101、相对于固定聚焦板101扫描基板100或同时扫描基板与聚焦板两者来提供可变扫描速度(或速率)。可藉由改变植入期间的扫描速度而产生相对较高植入含量以及相对较低植入含量的区域。在图15a至图15d中所描绘的实施例中，依据在方向X上沿着基板100的位置使用可变扫描速率来产生可变离子剂量1504。如图15a中所描绘，使用聚焦板101自等离子体140提取离子，以在离子406冲击基板100时形成聚焦形状。当离子406植入至基板100中时，在基板100处的离子1500的电流密度可如图15b中所显示。如所描绘，穿过I公分宽孔隙407提取的离子的电流密度的峰值较窄，其中当离子冲击基板100时，离子的宽度可为约100微米。图15c描绘可用于聚焦板101的一个扫描速率序列1502。在此实施例中，将扫描速率序列显示为滞留时间函数(单位为秒/公分)，以使得滞留时间函数1504中的峰值1506表示扫描速率相对较慢的区域且底部部分1508表示扫描速率相对较快的区域。因此，在区域1506中，接收到较高离子剂量，此是因为聚焦离子1500是以比区域1508中的扫描速度相对较慢的速度跨越基板100而扫描。可以如图15c中所显示的周期性方式重复慢扫描速率与快扫描速率之间的此变化，从而导致基板100中的离子剂量1504的周期性变化，因此在X方向上产生相对较高离子掺杂以及较低离子掺杂的区域。本发明的实施例亦可使用脉冲等离子体植入来使工件的不同区域中的掺杂含量变化。在替代实施例中，在脉冲DC或RF植入的状况下，可增加脉冲宽度或脉冲频率以形成较高掺杂的区域1400。在这些替代实施例中，工件100的扫描速率可为恒定的，而当离子 406冲击待相比于区域1401 (区域1401暴露至相对较短脉冲或较小脉冲速率)较重掺杂的区域1400时，脉冲等离子体的脉冲速率(或长度)相对较大。在本发明的实施例中，诸如图5中所揭示的装置的装置可用以植入工件，以使得与脉冲离子植入处理相关联的参数可根据所要掺杂含量而变化。这些参数可包含脉冲持续时间、脉冲频率以及源脉冲与基板脉冲的同步。脉冲发送的实例包含将脉冲电位施加至等离子体或将脉冲电位施加至工件。图18至图19各自说明使用RF或DC同步以多个不同掺杂剂含量植入工件的本发明的方法中所涉及的例示性步骤。当然，除图18至图19中所说明的方法之外的方法是可能的。在两种方法中，可在产生周期性植入脉冲的同时相对于孔隙板(诸如，孔隙板101)扫描目标1800。根据图18以及图19的实施例，在植入脉冲的"接通"周期期间，可在工件与等离子体之间施加诸如负电位的电位，以使得来自等离子体140的正离子加速穿过聚焦板101且至工件100上。在本发明的特定实施例中，可根据已知技术由等离子体脉冲源以脉冲方式产生等离子体140。特定言之，可使用组件(未图示)产生脉冲等离子体，而不需要将偏压施加至工件100。在需要时，可周期性地产生植入脉冲，以使得植入脉冲大体上与源脉冲一致。因此，当产生植入脉冲时，等离子体140亦”接通”，以使得来自等离子体140的离子藉由植入脉冲而加速至工件且植入至工件100中。为了在基板的不同区域处达成不同掺杂剂含量，可以不同方式使植入脉冲同步。特定言之，转向图18，可使用本文中所说明的方法在工件中形成对应于高剂量以及低剂量区域的两个不同掺杂含量的区域。可使用所述方法来相对于孔隙板101扫描目标100，以在目标(工件100)中形成一或多个相对较高掺杂含量的区域以及一或多个相对较低掺杂含量的区域。在步骤1800处，产生源脉冲时序。举例而言，耦接至离子植入系统的脉冲产生器可每100微秒产生具有50微秒的持续时间TON的脉冲。在步骤1802处，作出是将高离子剂量还是低剂量施加至给定区域的决策。举例而言，工件可定位于相对于聚焦板101的初始点处，其中低离子剂量区域意欲使用加速穿过其孔隙的离子来形成。因此，可由处理器来执行使当前工件位置与待施加的所要低剂量植入相关的程式或指令集。在步骤1804以及步骤1806处，每i个脉冲或每j个脉冲(对应于低离子剂量含量或高离子剂量含量)形成对应编码器脉冲。举例而言，对于低剂量(步骤1804)状况，可每2个源脉冲(对应于每200微秒)产生编码器脉冲，而对于高剂量(步骤1806)状况，可每20个源脉冲(对应于每1000微秒)产生编码器脉冲。在一个实施例中，工件100可保持固定，直至使马达编码器计数递增(如步骤1808中所显示)且向扫描系统马达发送讯息以使扫描系统马达移动(如步骤1810中所显示)为止。工件在编码器脉冲之间可为固定的，且因此，在低剂量状况下植入至工件100中由两个源脉冲组成，同时等离子体140接通。此植入方法与高剂量状况形成对比，在高剂量状况下，在移动工件100之前对工件100植入历经十个源脉冲。较高剂量区域因此由于暴露至五倍多的植入脉冲而接收到五倍于较低剂量区域的剂量的剂量。图19描绘类似于图18的方法的方法，不同之处在于所述方法用于应用同步以达 成工件上的不同区域的任何数目个不同掺杂含量。所述方法如步骤1800进行且进行至步骤1902，在步骤1902中，判定对应于待植入的区域的适当离子植入剂量。一旦判定此剂量，所述方法便进行至对应于待植入的所判定剂量含量的替代步骤(如步骤1904至步骤1908所显示)中一者，以至于形成适当编码器脉冲序列。此外，可在扫描工件100时施加编码器脉冲序列，直至根据所要掺杂剂含量植入所要区为止。如图18中，图19的方法涉及根据所要掺杂含量形成用于所产生的每I个源脉冲、每2个源脉冲、每3个源脉冲等的编码器脉冲。在另一实施例中，可在工件100扫描时使用脉冲RF或脉冲DC来达成工件100中的剂量控制。此脉冲发送可为微秒时间标度。举例而言，脉冲持续时间TON可自50微秒调整至49微秒，以便将施加至工件100的剂量减少达2%。在又一实施例中，工件100在图14中所说明的方向405上以恒定速度扫描，但脉冲持续时间或脉冲速率增加以形成较高掺杂的区域1400。举例而言，5倍长的脉冲或5倍频率的脉冲速率(与较低掺杂的区域1401的植入相比较)将在较高掺杂的区域1400中产生5倍剂量。可使用RF源脉冲发送与DC源脉冲发送两者。此举可藉由在DC脉冲期间修改RF源的作用时间循环或在DC脉冲发送期间修改RF源的功率位准来执行。图23以及图24分别显示可在脉冲植入系统中依据时间而施加的例示性电压曲线2300以及2400。电压脉冲可表示植入脉冲或源脉冲，如上文所描述。在图23以及图24中亦分别显示依据时间的工件位置曲线2310以及2410。在图23中，工件以恒定速度移动，但工件中的较高剂量区域是藉由较长脉冲持续时间(诸如，脉冲2320)来形成。工件中的较低剂量区域是藉由较短脉冲持续时间(诸如，脉冲2330)来形成。在图24中，工件亦以恒定速度移动，藉由线性曲线2410说明。工件中的较高剂量区域2420是藉由较高脉冲速率来形成且较低剂量区域2430是藉由较低脉冲速率来形成。在图23与图24两者的实施例中，较低剂量区域可为(例如)太阳能电池中的触点之间的区域，且较高剂量区域可为(例如)在太阳能电池的触点下的区域。图20a至图20c呈现经组态以执行毯覆式植入与选择性植入两者的聚焦板系统1210的俯视图。如图20a以及图20b中所说明，在方向1204上扫描工件100。聚焦板系统1210的实施例包含具有第一孔隙1202的第一聚焦板1200。第一孔隙1202可藉由(例如)在方向1204上扫描以形成毯覆式区域1220而执行跨越工件100的宽度的毯覆式植入(充当毯覆式孔隙)，如图20c中所显示。第二聚焦板1201具有第二孔隙1203。这些第二孔隙1203可藉由(例如)在同一方向1204上扫描孔隙1203以形成图案化区域1222而执行工件100的图案化或选择性植入。在此情况下，扫描描述相对于孔隙1202以及1203的工件100的相对运动，且可藉由移动工件100以及聚焦板1200以及1201中的任一者或两者来达成。虽然在图20a至图20b的实施例中说明两个聚焦板，但本发明涵盖可具有第一孔隙1202以及第二孔隙1203的单一聚焦板。在所说明的实例中，沿着方向1204扫描两个聚焦板· · · ·00与·· · · 01达等于点A与点B之间的距离的距离。图20b描绘在扫描完成之后的聚焦板· · · ·00与·· · · 01的相对位置。图案化区域1222可藉由在需要时增加扫描距离而一直延伸至工件100的边缘。图20c说明在针对具有如图20a中的初始位置以及如图20b中的最终位置的聚焦板的扫描发生之后的工件100的植入几何形状的细节。因为沿着垂直于扫描方向1204的方向1212，第二孔隙1203与第一孔隙1202的部分重叠，所以暴露于第二孔隙1203下的植入区域1222接收较多离子剂量。根据本发明，这些毯覆式植入与选择性植入可至少部分同时进行，如图20d至图 20e中所说明。图20d描绘聚焦板系统1210的实施例，其中同一板中包含孔隙1202以及孔隙1203。如图20d中所检视，聚焦板1210可自左沿着方向1204扫描至位置C。图20d中所说明的组态可表示在植入扫描的中间期间的点，在所述点之后，板1210继续相对于工件100向左移动。图20e描绘由板1210产生的直至藉由图20d表示的点的离子植入的图案。因此，形成具有前边缘1230a的毯覆式区域1230，前边缘1230a对应于点C处的毯覆式聚焦孔隙1202的前边缘。随着扫描继续，毯覆式区域1230可延伸跨越整个工件100，类似于图20c中所描绘的情形。图20e亦说明已使用孔隙1203至少部分形成选择性植入区域1232。此外，聚焦板中的孔隙的其他配置是可能的，诸如植入圆点、光点或其他形状的配置。以此方式，孔隙可具有圆形、椭圆形或与所要植入几何形状相关联的任何形状。图21为程序控制装置的正视透视图。在此实施例中，程序控制装置2100安置于平台403以及工件100上或附近。此程序控制装置2100可经组态以量测离子通量、离开聚焦板的离子的尺寸或扩展度、离子的位置或离子相对于工件100的平行度。第一孔隙2101具有比离子的长尺寸大的长尺寸。可以磁性方式或电学方式抑制的法拉第杯(Faraday cup,未显示)安置于第一孔隙2101之后以用于进行全部离子量测。可将由第一孔隙2101形成的区域分段以判定水平离子均匀性。孔隙阵列2102包含数行偏移孔隙。孔隙阵列2102中的每一孔隙为离子的预期宽度的约1/10。可以磁性方式或电学方式抑制的法拉第杯(未显示)安置于每一孔隙阵列2102之后。围绕水平方向隔开的额外阵列集合给出关于宽度或平行度的改变的信息。程序控制装置2100的区域可涂布以在被离子束撞击时增加发光(此可用光学方式进行监视)的材料。第二孔隙2103可安置于围绕平台403的周边，以提供即时剂量量测，且可用于扫描速度校正。可被分段的受抑制法拉第杯(未显示)安置于每一第二孔隙2103之后。可使用此系统的实施例产生二次电子。工件100的带电可影响离子406中的离子的轨迹。聚焦板101的聚焦可受到影响，聚焦板101的蚀刻可能发生，且聚焦板101的加热可能增加(归因于二次电子)。二次电子可藉由处于比工件100的电位低的电位的大部分透明电极或藉由在工件100之后的磁体来抑制。图16为说明静电抑制的一个实施例的横截面图。至少一个抑制板1600安置于聚焦板101上，抑制板1600可为绝缘体、导体或绝缘层与导电层的组合。图17A至图17B为说明磁性抑制的两个实施例的横截面图。可分别具有相反极性的磁体1700、1701可安置于工件100之后(图17A)或聚焦板101与工件100之间(图17B)以影响任何二次电子。在图17A中，磁体1700、1701可为固定的或可相对于等离子体源移动。在图17B中，磁体1700、1701可安置于聚焦板101上或至少部分在聚焦板101内。图17B中的磁体1700、1701可为固定的，此情形简化了操作。本文中所揭示的实施例可用以对工件100掺杂或修改工件100的晶格。在一个例子中，执行氢和/或氦植入以使得能够分解工件100，此情形可涉及跨越工件100的氢和/或氦的变化剂量。亦可执行其他材料改质(诸如，非晶化)。使用本文中所揭示的实施例的植入可应用于半导体或其他应用。本发明的范畴不受本文中所描述的特定实施例限制。实际上，一般熟习此项技术者将自上述描述以及附图显而易见除本文中所描述的实施例以及修改外的本发明的其他各种实施例以及修改。因此，这些其他实施例以及修改意欲落入本发明的范畴内。此外，虽 然本文中已在针对特定目的的特定环境下的特定实施方案的情况下描述本发明，但一般熟习此项技术者将认识到，本发明的适用性不限于此且可在针对任何数目个目的的任何数目个环境下有益地实施本发明。因此，下文所阐述的申请专利范围应根据如本文中所描述的本发明的全广度以及精神来解释。
权利要求
1.一种处理装置，包括 等离子体源，经组态以在等离子体腔室中产生等离子体，所述等离子体含有用于植入至工件中的离子； 具有孔隙的聚焦板，所述聚焦板经组态以修改接近所述聚焦板的等离子体外鞘的形状，以使得所述离子离开所述孔隙以界定聚焦离子；以及 与所述聚焦板隔开的含有所述工件的处理腔室，其中所述聚焦离子具有实质上比所述孔隙窄的植入宽度，且所述处理腔室经组态以藉由在植入期间扫描所述工件而在所述工件中形成多个图案化区。
2.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述聚焦板包括多个孔隙。
3.根据权利要求2所述的处理装置，其中所述多个孔隙包括毯覆式孔隙以及选择性孔隙集合，所述毯覆式孔隙以及所述选择性孔隙集合经组态以在沿着第一方向扫描所述工件时产生所述工件的毯覆式植入以及选择性区中的植入。
4.根据权利要求I所述的处理装置，还包括工件固持器，所述工件固持器经组态以在两个方向上扫描所述工件。
5.根据权利要求4所述的处理装置，所述工件固持器包括水平固持器、垂直固持器、倾斜固持器以及倒置固持器中的一者。
6.根据权利要求I所述的处理系统，其中所述孔隙具有约0.5毫米至5毫米的宽度，且所述植入宽度为约5微米至约2毫米。
7.根据权利要求I所述的处理装置，还包括工件固持器，所述工件固持器经组态而在给定扫描中以可变扫描速率沿着所述工件的第一方向扫描，其中不同离子植入含量的多个植入区域是在于所述第一方向上扫描之后形成，以形成所述多个图案化区中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中所述等离子体的所述离子与掺杂剂物质相关联，其中不同掺杂剂浓度的多个植入区域是在于所述第一方向上扫描之后形成。
9.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述等离子体源经组态以产生脉冲等离子体。
10.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述处理装置经组态以将脉冲偏压供应至所述工件。
11.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述处理装置经组态以将脉冲偏压供应至所述等离子体。
12.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述孔隙包括阵列，所述阵列对应于所述工件中的所述多个图案化区中的至少一者的所要植入图案。
13.根据权利要求I所述的处理装置，其中所述等离子体腔室中的所述离子为第一类型的离子物质，所述处理装置还包括 工件固持器； 第二等离子体源； 具有孔隙的第二聚焦板，所述第二聚焦板经组态以修改接近所述第二聚焦板的等离子体外鞘的形状，以使得所述离子离开所述孔隙以界定聚焦离子；以及 第二等离子体腔室，耦接至所述第二等离子体源，且经组态以供应第二类型的离子物质，其中所述工件固持器经组态以在所述聚焦板以及所述第二聚焦板下扫描以便选择性地植入所述工件，其中各别第一区域以及第二区域对应于所述第一类型的离子物质以及所述第二类型的离子物质。
14.根据权利要求14所述的处理装置，其中所述第一类型的离子物质为η型掺杂剂，且所述第二类型的离子物质为P型掺杂剂。
15.根据权利要求5所述的处理装置，还包括程序控制装置，所述程序控制装置安置于所述工件固持器上或附近，且包括经组态以即时量测离子剂量的孔隙配置以及检测器。
16.根据权利要求14所述的处理装置，其中所述第一类型的离子物质为η型掺杂剂，且所述第二类型的离子物质为P型掺杂剂。
17.一种植入工件的方法，包括邻近于含有等离子体的等离子体腔室提供聚焦板，所述聚焦板经组态以穿过将聚焦离子朝向所述工件提供的至少一个孔隙自所述等离子体提取离子；在工件固持器与所述等离子体之间提供偏压，以将所述聚焦离子朝向所述工件吸引，所述工件安置于所述工件固持器上；以及相对于所述聚焦板扫描所述工件，以便在所述工件中产生多个选择性植入区。
18.根据权利要求17所述的植入工件的方法，其中所述聚焦板包括毯覆式孔隙以及选择性孔隙集合，且其中在单一扫描中扫描所述工件产生处于第一离子剂量的所述工件的毯覆式植入与处于第二较高剂量的所述工件的区域集合的选择性植入。
19.根据权利要求17所述的植入工件的方法，还包括将具有第一脉冲频率的源脉冲供应至所述等离子体；在所述聚焦板的所述孔隙定位于所述工件的第一区域之上时，提供第一偏压脉冲集合，所述第一偏压脉冲集合具有第一偏压脉冲频率，其中所述第一偏压脉冲集合与所述源脉冲同步；以及在所述聚焦板的所述孔隙定位于所述工件的第二区域之上时，提供第二偏压脉冲集合，所述第二偏压脉冲集合具有不同于所述第一偏压脉冲频率的第二偏压脉冲频率，其中所述第二偏压脉冲集合与所述源脉冲同步。
20.根据权利要求17所述的植入工件的方法，其中扫描所述工件包括以第一扫描速率扫描所述工件的第一区域以及以第二较高扫描速率扫描所述工件的第二区域。
21.根据权利要求17所述的植入工件的方法，其中扫描所述工件包括在以第一脉冲速率将脉冲施加至所述等离子体的同时扫描第一区域，以及在以第二较高脉冲速率将脉冲施加至所述等离子体的同时扫描第二区域。
22.根据权利要求17所述的植入工件的方法，其中扫描所述工件包括在以第一脉冲持续时间将脉冲施加至所述等离子体的同时扫描第一区域，以及在以第二脉冲持续时间将脉冲施加至所述等离子体的同时扫描第二区域。
23.一种在等离子体处理系统中植入工件的方法，包括邻近于含有具有N型掺杂剂离子的第一等离子体的第一等离子体腔室提供第一聚焦板，所述第一聚焦板经组态以穿过将聚焦离子朝向所述工件提供的至少一个孔隙自所述等离子体提取离子；邻近于含有具有P型掺杂剂离子的第二等离子体的第二等离子体腔室提供第二聚焦板，所述第二聚焦板经组态以穿过将所述聚焦离子朝向所述工件提供的至少一个孔隙自所述等离子体提取离子；以及 分别在于所述工件与所述第一等离子体以及所述第二等离子体之间施加偏压的同时相对于所述第一聚焦板以及所述第二聚焦板扫描所述工件，其中选择性N掺杂区集合以及单独的选择性P掺杂区集合形成于所述工件中。
24.根据权利要求23所述的在等离子体处理系统中植入工件的方法，其中所述第一等离子体腔室以及所述第二等离子体腔室经组态以在植入期间断开以及接通所述第一等离子体以及所述第二等离子体，以使得所述P型掺杂剂离子仅植入所述P掺杂区，且所述N型掺杂剂离子植入所述N掺杂区。
25.根据权利要求23所述的在等离子体处理系统中植入工件的方法，其中施加的所述偏压的强度经调整以使得所述P型掺杂剂离子相较于所述N掺杂区而言较多地植入所述P掺杂区，且所述N型掺杂剂离子相较于所述P掺杂区而言较多地植入所述N掺杂区。
全文摘要
一种等离子体处理装置包括等离子体源，所述等离子体源经组态以在等离子体腔室中产生等离子体，以使得所述等离子体含有用于植入至工件中的离子。所述装置亦包含具有孔隙配置的聚焦板配置，所述聚焦板配置经组态以修改接近所述聚焦板的所述等离子体的等离子体外鞘的形状，以使得离开所述孔隙配置的孔隙的离子界定聚焦离子。所述装置还包含与所述聚焦板隔开的含有工件的处理腔室，以使得在所述工件处的所述聚焦离子的固定植入区域实质上比所述孔隙窄。所述装置经组态以藉由在离子植入期间扫描所述工件而在所述工件中形成多个图案化区。
文档编号H01J37/317GK102971825SQ201080051532
公开日2013年3月13日 申请日期2010年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者安东尼·雷诺, 卢多维克·葛特, 提摩太·J·米勒, 约瑟·C·欧尔森, 维克拉姆·辛, 詹姆士·布诺德诺, 迪帕克·瑞曼帕, 拉塞尔·J·罗, 阿塔尔·古普塔, 凯文·M·丹尼尔斯 申请人:瓦里安半导体设备公司