专利名称：离子注入方法及离子注入机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子注入方法及离子注入机，特别是涉及太阳能电池的离子注入方法及设备。
背景技术：
离子注入技术越来越体现出其优越性，尤其是在太阳能电池生产过程中对于硅中P离子的掺杂应用方面越来越体现出其显著的优越性，它能将光电转换率由原来的POCl工艺的18. 7%转化为19. 2%，这一转换率的提高带来了显著的经济和社会效益。而现有的离子注入技术，通常采用金属作为放电室的材料，因而在放电过程中产生金属离子，使金属离子掺杂在所引出的离子束中，掺杂的金属离子会降低太阳能电池的工作效率，为了提高引出的离子束的纯度，通常需要采用分析磁铁去除离子束中的金属离子，这样得到的离子束比较纯净，其工艺过程为由金属材质的放电室产生离子束一对离子束进行分析和整形·得到分布均匀的高能离子束一离子束进入靶室对基材进行离子注入。采用上述方法和设备使设备造价昂贵，一台离子注入机的价格要在千万元以上，给企业造成了相当高的成本压力。
发明内容
本发明的目的是，针对现有采用现有离子注入机及离子注入方法进行离子注入工艺复杂、设备造价高的不足，提供一种工艺简单且设备造价低的离子注入方法和离子注入机。本发明的目的是通过下述技术方案实现的本发明的第一个目的是，提供一种离子注入机，包括离子源系统、真空系统、弓I出系统和设置有靶片的靶室，所述真空系统为所述的离子源系统、所述的引出系统及靶室提供真空条件，所述的离子源系统包括放电室和天线，由RF电源驱动，天线设置在所述放电室顶部外，所述的放电室由石英制成；所述引出系统包括引出缝和引出电极，离子源产生的离子束经由所述的引出缝引出后，由引出电极引入所述的靶室，所述的引出系统中离子束经过的通道，由硅材料制成或镶嵌硅材料制成的部件；所述靶片能在所述靶室内在垂直于所述的引出缝的长度方向上移动，所述天线沿着所述引出缝的长度方向设置；进一步地，由所述的引出电极引出的所述离子束，经由真空室进入到所述的靶室内，所述的引出缝设置在所述的放电室的底部，所述的引出电极设置在所述的真空室的顶部内，并与所述的引出缝相连通；进一步地，在所述的真空室与所述的靶室间设置有阀门；进一步地，所述的引出电极由抑制电极和地电极组成；本发明的第二个目的是，提供另一种离子注入机，包括设置有放电室的离子源，所述的放电室的材质为与靶片材质元素相同的元素的氧化物；进一步地，所述靶片的材质为硅，所述放电室的材质为石英。本发明的第三个目的是，提供第三种离子注入机，它包括设置有放电室的离子源和引出系统，所述引出系统中离子束经过的通道，由与所述靶片同材质的材料制成，或镶嵌有与所述靶片同材质的材料制成的部件；进一步地，所述靶片的材质为硅，所述离子束经过的通道由硅材料制成，或镶嵌有硅材料制成的部件。本发明的第四个目的是，提供第四种离子注入机，它包括设置有放电室的离子源和引出系统，所述的放电室的材质为与靶片材质元素相同的元素的氧化物，所述引出系统中离子束经过的通道，由与所述靶片同材质的材料制成，或镶嵌有与所述靶片同材质的材料制成的部件。进一步地，所述靶片的材质为硅，所述放电室的材质为石英，所述离子束经过的通 道由硅材料制成，或镶嵌有硅材料制成的部件。本发明的第五个目的是，提供一种离子注入方法，包括如下步骤I)、由离子源系统产生无金属杂质的离子束；2)、由引出系统通过引出缝将纯的无金属杂质的带状离子束引入靶室；3)、离子束向靶片注入无金属杂质的多种离子；进一步地，由放电室为石英材质的离子源系统产生所述的无金属杂质的离子束，由引出通道镶嵌有硅材质或由硅材质制成的引出系统将所述的无金属杂质的离子束引入所述的靶室；进一步地，所述的靶片在垂直于所述的无金属杂质的离子束的方向上移动；进一步地，所述的引出通道为所述的引出缝。采用本发明方法和离子注入机，由离子源产生无金属离子的离子束，无金属离子的离子束经由引出缝引入到靶室，在此过程中得到的离子束为无金属杂质的离子束，且形状均匀，所以无需对引出离子束进行分析和整形，省去了价格昂贵的分析磁铁、整形磁铁、均匀性调整单元，使离子注入机的价格降低了 50%以上。
图I为本发明方法工艺流程图图2为本发明离子注入机实施例原理结构示意图；图3为本发明离子注入机实施例结构示意图；图4为本发明离子注入机各系统主要组成部分实施例的框图。附图标记说明I-离子源系统2-引出系统4-真空系统11-天线12-放电室13-引出缝14-抑制电极15-地电极16-真空室17-阀门18-靶室19-靶片20-真空泵
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步地描述如图I所示，本发明的离子注入方法包括产生纯的无金属杂质的离子束对离子束进行加速---由引出系统将纯的无金属杂质离子束引入靶室----无金属杂质离子束对靶片进行均匀离子注入。在离子注入的过程中，多种离子同时注入到靶片。采用上述方法进行离子注入，由于离子源所产生的离子束为无金属杂质的纯离子束(下面称为纯离子束)，且在纯离子束由离子源引入到靶室的过程中没有其它金属离子掺入，所以，无需再对离子束进行分析和整理，简化了离子注入的程序，可简化离子注入机的结构，无需设置分析磁铁、整形磁铁、均匀性调整单元等部件，极大地节约了离子注入机的成本。为了使注入的离子束均匀，在进行离子注入时，靶片在垂直于引出缝的方向上运动。上述方法由以下设备来实现如图2-4所示，本发明的离子注入机与现有的离子注入机(如Varian的Solion)相比，省去了分析磁铁、整形磁铁、均匀性调整单元。它包括离子源系统I、引出系统2、真空系统4、控制系统及靶室18。由真空系统4为离子注入机提供所需的真空条件，由控制系统进行系统控制，离子源系统I产生的离子束经加速后由引出系统2引入靶室18进行离子注入。为了保证注入的离子束为纯离子束，对离子源的放电室及离子束经过的通道所使用的材质进行了改进，放电室12由石英材质制成，引出系统2中离子束经过的通道镶嵌硅材质 层或由硅材料制成。放电室由石英制成，防止了金属离子的产生。引出系统中离子束经过的通道，由硅材料制成或镶嵌硅材料制成的部件，消除了由于离子溅射或热蒸发引起的金属杂质。这样设置，杜绝了离子机在产生离子束和引出离子束的过程中产生金属离子，在离子注入的过程中无金属离子污染，无需再对离子束进行分析，所以，无需设置分析磁铁、整形磁铁、均匀性调整单元，不仅简化了设备的构造，且简化了离子束注入的流程。本发明采用RF电源驱动离子源，采用缝引出，位于离子源出口处的引出缝由硅制成，引出的离子束为带状束，这样，靶片只要在垂直于引出缝长度的方向上运动就可以得到离子注入均匀的靶片，适合于批量生产。天线沿引出缝长度方向设置，提高放电室内等离子体在引出缝方向的均匀性，使引出的纯离子束在长度方向具有良好的均匀性，以利于批量生产太阳能电池。放电室由石英制成，引出缝由硅制成，可以避免等离子体从金属放电室和引出电极上溅射出制成放电室和引出电极材料的金属原子，从而可防止这些金属原子在等离子体中变成金属离子、形成杂质离子注入到硅片里降低太阳能电池的效率。采用石英作为放电室的材质，即使在形成离子的过程中发生离子溅射，形成的离子也是与基材同材质的Si离子，不会影响离子的注入效果。本离子注入过程如下由放电室为石英材质的离子源产生无金属离子污染的离子束；离子束通过引出系统的由硅材质制成的离子束通道进入靶室对基材作多种离子同时注入。图3，示出了本发明一个具体的离子注入机的结构示意图，根据图3对本发明作进一步地说明本实施例的离子注入机，包括设置有放电室12的离子源、引出缝13、引出电极、真空室16和靶室18。天线11设置在放电室12的顶部外，天线11与放电室12绝缘设置，弓丨出缝13设置在放电室12的底部，天线11沿引出缝13的长度方向设置，离子源由RF电源驱动，放电室12由石英制成，引出缝13由硅制成；由抑制电极14和地电极15组成的引出电极设置在真空室16的顶部内且与引出缝13相连通，引出电极通过真空密封的引线由外部抑制电源供电。离子源通过绝缘环安装在真空室16上端，真空室16和靶室18间设置有阀门17，以方便维修，靶片19设置在靶室18内，靶片移动装置控制靶片19在垂直于带状离子束长度方向上匀速运动，使真空室19引出的离子束均匀地注入到靶片19。由靶室连通真空泵20，真空泵20为系统提供真空环境。 上述结构的离子注入机，放电功率由放电室外的天线馈送入放电室,放电室内没有金属制成的电极，消除了金属电极引入的金属离子。图4示出了本发明离子注入机各系统主要组成部分实施例的框图，它主要包括离子源、引出电极、真空室、由气瓶和进气阀组成的进气系统、设置有真空泵、真空计、分子泵、分子筛、机械泵的真空系统、供电系统、水冷系统。离子源通过绝缘环安装在真空室上，由位于高电位的气瓶通过进气阀提供工作气 体，离子源工作需要的能量由位于高电位的RF电源提供。离子源和RF电源及进气系统位于高电位平台上，供电由隔离变压器提供，高电位平台与位于地电位的高压电源输出相连，调整高压电源的输出电压，即可改变离子束的能量。高电位上的RF电源和进气系统由位于地电位的控制系统通过光纤连接到高电位控制。离子源的冷却由位于地电位的去离子水系统提供去离子水冷却。引出电极安装在真空室内部，通过真空密封的引线由外部抑制电源供电。系统的真空由连接到真空室上的真空泵的工作获得，系统的真空情况通过真空计测得。在真空室内设置了两个阀门，用于设备的维护时使用。注入机的工作流程为真空系统工作，使真空室内维持高真空状态，RF电源输出功率到离子源，离子源工作产生等离子体，引出电极通过引出缝从离子源内引出长度方向束流密度均匀的离子束，根据所加电位的不同，离子束获得需要的能量。离子束在真空室内传输到同样位于真空室内的靶片上。靶片在垂直于离子束长度方向上匀速运动，这样，即可在靶片上获得均匀的注入。在本发明中，离子源形成的离子束经过引出缝后直接产生带状离子束，离子束在长度方向束流密度分布均匀，离子束产生过程及传输过程均避免了引入金属杂质离子，靶片只要在垂直于离子束长度方向上均匀运动，即可实现均匀注入。本发明的方法及装置在对靶片进行离子注入时，为多种离子同时注入。
权利要求
1.一种离子注入机，包括离子源系统(I)、真空系统(4)、引出系统(2)和设置有靶片(19)的靶室(18)，所述真空系统(4)为所述的离子源系统(I)、所述的引出系统(2)及靶室(18)提供真空条件，其特征在于 所述的离子源系统⑴包括放电室(12)和天线(11)，由RF电源驱动，天线(11)设置在所述放电室(12)顶部外，所述的放电室由石英制成； 所述引出系统(2)包括引出缝(13)和引出电极，离子源产生的离子束经由所述的引出缝(13)引出后，由引出电极引入所述的靶室(18)，所述的引出系统中离子束经过的通道，由硅材料制成或镶嵌硅材料制成的部件； 所述靶片(9)能在所述靶室(18)内在垂直于所述的引出缝(13)的长度方向上移动，所述天线(11)沿着所述引出缝(13)的长度方向设置。
2.如权利要求I所述的离子注入机，其特征在于，由所述的引出电极引出的所述离子束，经由真空室进入到所述的靶室(18)内，所述的引出缝设置在所述的放电室的底部，所述的引出电极设置在所述的真空室的顶部内，并与所述的引出缝相连通。
3.如权利要求I或2所述的离子注入机，其特征在于，在所述的真空室与所述的靶室(18)间设置有阀门。
4.如权利要求I或2所述的离子注入机，其特征在于，所述的引出电极由抑制电极和地电极组成。
5.一种离子注入机，包括设置有放电室的离子源，其特征在于，所述的放电室的材质为与靶片材质元素相同的元素的氧化物。
6.如权利要求5所述的一种离子注入机，其特征在于，所述靶片的材质为硅，所述放电室的材质为石英。
7.一种离子注入机，包括设置有放电室的离子源和引出系统，其特征在于，所述引出系统中离子束经过的通道，由与所述靶片同材质的材料制成，或镶嵌有与所述靶片同材质的材料制成的部件。
8.如权利要求7所述的一种离子注入机，其特征在于，所述靶片的材质为硅，所述离子束经过的通道由硅材料制成，或镶嵌有硅材料制成的部件。
9.一种离子注入机，包括设置有放电室的离子源和引出系统，其特征在于，所述的放电室的材质为与靶片材质元素相同的元素的氧化物，所述引出系统中离子束经过的通道，由与所述靶片同材质的材料制成，或镶嵌有与所述靶片同材质的材料制成的部件。
10.如权利要求9所述的一种离子注入机，其特征在于，所述靶片的材质为硅，所述放电室的材质为石英，所述离子束经过的通道由硅材料制成，或镶嵌有硅材料制成的部件。
11.一种离子注入方法，其特征在于，包括如下步骤 1)、由离子源系统产生无金属杂质的离子束； 2)、由引出系统通过引出缝将纯的无金属杂质的带状离子束引入靶室(18)； 3)、离子束向靶片注入无金属杂质的多种离子。
12.如权利要求11所述的一种离子注入方法，其特征在于，由放电室为石英材质的离子源系统产生所述的无金属杂质的离子束，由引出通道镶嵌有硅材质或由硅材质制成的引出系统将所述的无金属杂质的离子束引入所述的靶室(18)。
13.如权利要求12所述的一种离子注入方法，其特征在于，所述的靶片在垂直于所述的无金属杂质的离子束的方向上移动。
14.如权利要求12所述的一种离子注入方法，其特征在于，所述的引出通道为所述的引出缝。
全文摘要
本发明针对采用现有离子注入机及离子注入方法进行离子注入，工艺复杂、设备造价高的不足，提供一种离子注入方法和离子注入机，该方法由离子源产生无金属杂质的离子束，由引出缝将纯的无金属杂质的带状离子束引入靶室，离子束向靶片注入无金属杂质的多种离子；该离子注入机由RF电源驱动，天线设置在放电室顶部外，放电室由石英制成，离子束经由引出缝引出，引出系统中离子束经过的通道，由硅材料制成或镶嵌硅材料制成的部件；靶片能在靶室内在垂直于所述的引出缝的长度方向上移动，天线沿着引出缝的长度方向设置，采用本方法和注入机，无需对引出离子束进行分析和整形，使离子注入机的价格降低了50％以上。
文档编号C23C14/48GK102943245SQ20121045476
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者崔保群, 曹耀辉, 李志军, 路瑞亮 申请人:秦皇岛博硕光电设备股份有限公司