互补走行掩模的制作方法

技术领域

本揭示的实施例是有关于植入掺杂物至太阳能电池的方法，特别是产生选择性射极表面的方法。

背景技术：

半导体工件通常会植入掺杂物来产生理想的导电性。举例来说，太阳能电池可以被植入掺杂物来产生射极区。植入方式可以使用多种不同的机制。射极区的产生可以在太阳能电池中形成p-n接面。当光照射到太阳能电池，电子会被激发，产生电子-空穴对。经由入射光能量产生的少数载子，被拂掠越过位于太阳能电池中的p-n接面，因此产生可用来驱动外部负载的电流。

在一些实施例中，掺杂工件的一个表面，使得整体表面或是基本上整体表面具有第一掺杂物浓度。部分表面被掺杂的较重，以产生金属接触可以附着的区域。在一些实施例中，这些构形配置被用来产生选择性射极太阳能电池。在这种构形配置下，金属接触下方的工件被重掺杂，以确保良好的接触电阻和屏蔽来自少数载子的金属接触。在剩余的轻掺杂表面，将少数载子的俄歇复合(Auger recombination)减到最低。

离子植入技术可以使用多道植入来产生选择性射极表面。因此，离子植入方法能有效产生具有高度掺杂区域的轻掺杂表面的工件。

技术实现要素：

此处揭示一种处理太阳能电池的方法，其执行连锁图案化离子植入以产生具有较重掺杂区域的轻掺杂表面的工件。此种构形配置可以用在多种实施例中，例如选择性射极太阳能电池。此外，此处也揭示用来产生于此处所需图案的多种掩模组。掩模组可包括一个或多个具有开口部分和图案化部分的掩模，该些开口部分的总合构成被植入表面的整体。该些掩模的该些图案化部分合并产生重掺杂区域的所需图案。

在一实施例中，揭示一种处理工件的方法。方法包括执行多个图案化离子植入物至工件的表面，以产生具有较重掺杂区域图案的轻掺杂表面。在某些实施例中，多个图案化离子植入物是在不破坏植入装置的真空状态下被执行，该植入装置是用来执行所述多个图案化离子植入物。在某些实施例中，执行步骤包括使用第一掩模将离子植入至工件，并且使用相异于第一掩模的第二掩模将离子植入至工件，其中第一掩模及第二掩模分别包括可让离子通过的开口部分和第一掩模及第二掩模当中至少其一包括图案化部分，以及第一掩模的开口部分和第二掩模的开口部分的总合构成工件的表面整体。在更进一步的实施例中，所述表面的整体经由离子通过开口部分而被轻掺杂，以及较重掺杂区域是经由离子通过图案化部分而形成。

在另一实施例中，揭示一种用来植入工件表面的掩模组。掩模组中的每个掩模包括开口部分，以及掩模组中的至少一个掩模包括图案化部分，其中在使用掩模组中的每个掩模用以植入工件之后，工件的表面被轻掺杂，并且较重掺杂区域的图案被形成于工件的表面。在某些实施例中，掩模组包括恰好两个掩模。在更进一步的实施例中，恰好两个掩模中每个的开口部分的总合构成工件的表面整体。

在另一实施例中，揭示一种处理工件的方法。方法包括使用掩模来执行将第一图案化离子植入至工件的表面，掩模具有开口部分和图案化部分；执行第一图案化离子植入后，在掩模和工件之间产生相对应地移动；以及在相对应地移动后，使用掩模来执行将第二图案化离子植入至表面，使得在第一图案化离子植入和第二图案化离子植入后，工件的表面整体被轻掺杂，并且较重掺杂区域的图案被形成在工件的表面。在某些实施例中，第一图案化离子植入后，掩模被移动、旋转或翻转。在某些实施例中，在第一图案化离子植入后，工件被旋转。在更进一步的实施例中，开口部分和图案化部分每个包括工件表面区域的50％。在某些实施例中，开口部分和图案化部分排列为对称，使得掩模的旋转或翻转能够产生互补掩模，其中掩模的开口部分和互补掩模的开口部分的总合构成工件的表面整体。

附图说明

为了更理解本揭示，在此引入附图作为参考，其中：

图1A和1B揭示两个用于太阳能电池的选择性射极表面的常用配置示意图。

图2所示为第一实施例的掩模组的示意图。

图3所示为第二实施例的掩模组的示意图。

图4所示为第三实施例的掩模组的示意图。

图5所示为第四实施例的掩模组的示意图。

图6所示为第五实施例的掩模组的示意图。

具体实施方式

如前所述，某些类型的太阳能电池(例如但不限于选择性射极太阳能电池)，是经由产生包括较重掺杂区域(more heavily doped regions)的轻掺杂表面(lightly doped surface)所制造。后续处理步骤中这些较重掺杂区域可用来连接金属接点。工件上的此图案可以被称为选择性射极表面(selective emitter surface)。

离子植入技术适于用来产生选择性射极表面。可以植入一或多种掺杂物种类至工件以产生轻掺杂表面。可以植入额外的掺杂物种类到轻掺杂表面的特定部分以产生重掺杂选择性射极区域。

用来执行离子植入的装置可不受本揭示的限制。例如，在一实施例中，可以使用射束线离子植入机(beam line ion implanter)。射束线离子植入机具有一离子源，其产生离子束，离子束被导向工件。在一些实施列中，会分析离子束质量，所以只有具所需质量/电荷的离子被导向工件。在其他实施例中，不会分析离子束质量，故允许所有离子植入工件。离子束能量可以视需求透过设在离子束路径中用于加速或减速离子束的电极来控制。离子束可以是带状束(ribbon beam)形式，其中离子束的宽度远大于其高度。在其它实施例中，离子束可以是聚点束(spot beam)或扫描离子束(scanned ion beam)。离子源可以是伯纳斯离子源(Bernas ion source)，或者可以使用电感或电容耦合以产生所需的离子。

在其它实施例中，所述装置可以是一等离子体室(plasma chamber)，工件设置于产生等离子体的同一反应室中。可使用射频源(RF source)来产生等离子体，或也可用其他技术产生等离子体。对工件施加偏压以吸引等离子体内的离子朝向工件，而使所需离子植入工件中。其它类型的装置也可以用来执行这些离子植入过程。

通过在不破坏真空状态下执行两个(道)或多个(道)的植入(implants)，可以增加生产力和提高太阳能电池的效率。在相同的植入工具中进行多道离子植入而不破坏真空状态，可以被称为“连锁植入(chained implant)”。除了降低成本，提高生产力和太阳能电池的效率，此方法可以进一步改善掺杂物轮廓。有许多不同方式可以将连锁植入并入到太阳能电池生产制程中。这些过程可以在射束线离子植入机(质量分析或是非质量分析)、等离子体室或是其他离子植入系统内执行。

本方法包括两个或多个离子植入，使用掩模来执行每种离子植入。这些使用掩模的离子植入，在此被称为“图案化植入(patterned implants)"。如本文所用，“掩模”一词是指一种阴影掩模(shadow mask)或模板掩模(stencil mask)，其是在离子植入期间与工件接触或是设置在附近的实质区隔元件。例如“掩模”一词，如本文中所用，不包括硬式掩模(其是通过沉积直接形成在基板上面)或是软式掩模(其是通过光阻材料应用于工件所形成)。此掩模用于选择性地阻挡部分工件被植入。本揭示描述应用两个或多个图案化植入来产生选择性射极表面。

图1A和1B揭示两个用于选择性射极表面的常用构形(configuration)。在这两个图中，工件10的表面整体被轻掺杂为第一浓度。掺杂物浓度可以介于1E18/立方厘米和1E20/立方厘米之间，但不限于本揭示。较重掺杂区域20被掺杂的程度更高，其至少为工件10的其他部分的掺杂物浓度的两倍。这些较重掺杂区域为选择性射极。图1A揭示一实施例，其重掺杂区域20(或是选择性射极)包括多个凹槽或条纹。图1B揭示一实施例，其重掺杂区域20包括点状或圆形区域图案。当然，选择性射极也可以其他构形配置，并且也包括在本揭示的范围内。前述图及图2-图6的实施例仅为例示性目的。工件10和掩模可以比该些图所呈现的具有更多的点状或条纹。因此，该些图仅用于例示各实施例，但本揭示的内容并非限于该些实施例或所述图示。

通过在离子束源和工件之间引入掩模，使用掩模组来产生所需的选择性射极表面。掩模组是指用来执行多个连锁图案化植入(chained patterned implants)的一个或多个掩模。每个掩模包括一开口部分以及可以选择性包括一图案化位置。图案化部分具有包括孔洞的阻挡材料，所述孔洞对应于重掺杂区域20，其如图1A-1B所示可代表选择性射极。开口位置是没有任何阻挡材料的部分，使得离子可以自由通过整个开口部分。

在一些实施例中，两个掩模构成一掩模组。在这些实施例中，两个掩模的开口部分互补，该些开口部分的总合构成将被植入的整体表面。同样地，该些图案化的部分是互补的，该些图案化部分的总合构成将被植入的选择性射极的图案。换句话说，当掩模组被用来执行连锁植入时，其结果为轻掺杂表面具有较重掺杂区域20，如同图1A-图1B所示。

构成掩模组的两个掩模可以多种方式进行配置。图2所揭示为第一实施例。在本实施例中，第一掩模100包括开口部分101，其暴露出大部分(但不是全部)的工件120。但第一掩模100并不具有图案化部分。互补的第二掩模110包括开口部分111和112，其设置在靠近工件120的外边缘。互补第二掩模110还包括图案化部分113，其产生选择性射极图案。当利用第一掩模100执行离子植入时，除了沿着工件120边缘的狭窄区域，大部分的工件120都可以接收到均匀的第一剂量。使用互补第二掩模110的离子植入提供同样的第一剂量至工件120的外部狭窄区域，该区域为第一离子植入时未植入的区域。因此，开口部分101以及开口部分111、112的总合构成工件120的整体。此外，第二图案化植入提供额外的离子至图案化部分113以产生具有较高剂量的凹槽图案，其工件120表面的其他部分。这个掩模组可以用来产生如图1A所示的选择性射极表面。

图2揭示第一掩模100不具有图案化部分的第一种构形。然而其它构形方式也可以。例如，第一掩模100可具有开口部分101，其可一直延伸至工件120两侧中的一侧的边缘。依此方式，互补第二掩模110可具有开口部分112仅位在图案化部分113的一侧。例如，第一掩模100的开口部分可延伸超出工件120的左侧边缘。在本实施例中，互补第二掩模110的开口部分112仅设置于图案化部分113的右侧，而开口部分111不存在。

当然，在其他实施例中，其中一个掩模仅具有开口部分。图3所示为另一实施例，其中第一掩模200包括被间隔物203所隔离的两个开口部分201、202。第二掩模210包括两个图案化部分211、212及设置于两个图案化部分211、212之间的小开口部分213。即，两个开口部分201、202以及小开口部分213的总合构成工件120表面整体。

图4揭示另一实施例，其中第一掩模300包括开口部分301，其仅有一个小区域302被阻挡。第二掩模310包括小开口部分311，其与第一掩模300的小区域302位于同一个空间。第二掩模310的其余部分包括图案化部分312，其产生如图1A的选择性射极图案。

图2-图4所揭示实施例为使用两个掩模来产生选择性射极表面。每一图所示实施例中，其中一个掩模包括仅有一个或多个开口部分，而第二掩模包括至少一开口部分以及至少一图案化部分。尽管图2-4中所揭示的每个实施例都是被用来产生凹槽形式的选择性射极(请见图1A)，但本揭示不限于此。例如，可以圆形孔洞取代图2的互补第二掩模110或是图4的第二掩模310中的凹槽，以产生如图1B所示的图案。

在另一实施例中，两个掩模当中的每一个掩模可以包括开口部分以及图案化部分。例如，图5所揭示的一实施例中，第一掩模400包括大开口部分401以及包括单一圆形孔洞的小图案化部分402。然而，小图案化部分402可以包括任何数目的孔洞，而不限于图5所揭示的构形态样。互补第二掩模410包括大图案化部分411以及小开口部分412，其设置于与第一掩模400的小图案化部分402相同的位置。即，大开口部分401以及小开口部分412的总合构成工件120表面整体。

当然，其他构形配置方式也可行。举例来说，第一掩模400的小图案化部分402可以被延伸至涵盖工件120表面的大部分。在此种配置中，互补第二掩模410的小开口部分412也将会延伸至同样的程度，使得大开口部分401以及小开口部分412的总合构成工件120表面整体。

图6显示一特殊实施例，其中第一掩模500以及第二掩模510可以为同丨个掩模，而仅是在多次植入之间相对于工件120旋转或翻转。第一掩模500具有位于右侧的开口部分501以及位于左侧的图案化部分502，其中每个部分包括工件120整体表面区域的50％。第二掩模510具有位于左侧的开口部分511以及位于右侧的图案化部分512，其中每个部分包括下方工件整体表面区域的50％。将第一掩模500顺时针旋转180。即产生第二掩模510。因此，在本实施例中，连锁植入可以用两种不同的方式来达成。首先，可以在两个连锁图案化植入中使用具有如图6所示构形的两个不同的掩模。第二种方式，可使用第一掩模500来进行第一植入。在植入完成后，第一掩模500可对应于工件120而被旋转180°，并且使用被旋转的第一掩模500来进行第二连锁图案化植入。在本实施例中，用来执行连锁植入的掩模组可包括以两个不同方向使用的单一掩模。在另一实施例中，第一掩模500可以保持不动，而工件120可以被旋转。因此，可以使用单一掩模并通过在掩模以及工件120之间所产生的相对移动来进行两个连锁植入。在一实施例中，可以在两个植入之间翻转或是旋转第一掩模500以产生第二掩模510。在第二个实施例中，可以在两个植入之间旋转工件120。

当然，包括图6中第一掩模500以及第二掩模510的图案化部分的凹槽可以被圆形孔洞所取代，以产生如图1B的选择性射极表面。此外，尽管图6揭示了可使用一个掩模的特殊构形配置，但还有其他类似的实施例。例如，该些开口和图案化部分可配置为水平方向，其中一个部分在上半部，另一个部分在下半部。或者，两半部分可以被对角线划分。事实上，只要开口部分和图案化部分各占50％且排列为对称，使得掩模能通过旋转或翻转来产生互补掩模，该些配置均可以采用。

除此之外，尽管图6教示使用两个相同(但被旋转过的)掩模的配置，仍有其他类似图6配置的实施例使用两个不同的掩模。例如，第一掩模500的开口部分可扩大而涵盖超过50％的工件120表面。在本实施例中，第二掩模510的开口部分将会减少相同的量，使得两个掩模开口部分的总合构成工件表面整体。

在上述每个实施例中，为了达到具有较重掺杂区域且均匀的轻掺杂表面，较佳作法为在两个连锁图案化植入中使用同样的掺杂物种类、掺杂能量以及掺杂物剂量。然而，需注意的是，在一些实施例中，多数是以单一掩模提供开口部分，包括如图2和图4的配置，使用不同的掺杂物剂量来进行两个连锁植入是可接受的。

因此，于此揭示使用掩模组来进行两个连锁图案化植入的方法，这二个图案化植入会导致工件具有一表面，该表面被均匀或近乎均匀地轻掺杂且具有较重掺杂区域，其可用作选择性射极。基于上述，可以在离子植入装置中以不破坏真空的方式来进行这些植入。

此外，此揭示描述一掩模组。使用掩模组的每个掩模将工件图案化植入之后，工件包括具有较重掺杂区域的轻掺杂表面，所述较重掺杂区域用作为选择性射极。

前述揭示中描述连锁图案化植入，其包括两个掩模或植入之间被旋转或是翻转的单一掩模。但，本揭示不限于此。举例来说，可以使用三个或是更多的掩模来进行所述揭示的方法。如前所述，所有掩模的开口部分的总合构成将被植入的工件的表面整体。此方法可通过在每个掩模或在该些掩模的特定组中设置开口部分来达成。所述特定组可以是至少两个掩模或是在植入之间被移动、旋转或翻转的单一掩模。同样地，图案化部分可存在于所有的掩模，或其任意的特定组。

当使用三个或更多的掩模时，一或多个的掩模中可包括封闭部分。封闭部分是无孔洞的区域，所以没有离子可以通过。在一实施例中，三个掩模中的每一个皆具有图案化部分、封闭部分以及开口部分。在其他实施例中，仅有其中的两个掩模具有开口部分，第三个掩模仅包括图案化部分。在本实施例中，具有开口部分的两个掩模可以有或没有图案化部分。例如，在一实施例中，第一掩模可以是包括60％面积的开口部分与包括剩余面积的封闭部分。第二掩模可以是包括40％面积的开口部分，因此这两个开口部分的总合构成被植入工件的表面整体。在本实施例中，第三掩模可以是包括整个表面的图案化部分。当然，有更多可完成实施例，其中掩模组中每个掩模的开口部分的总合包括被植入工件的表面整体。

尽管上述揭示指出该些开口部分的总合构成表面整体，“表面整体”可被理解为包括表面整体，而且也包括几乎整个表面。在一些实施例中，完全不掺杂某些小区域，像是一个或是多个工件的角落，是可以被接受的。“整个表面”也意指包括这些实施例。

本揭示不限于本文特定实施例的范围。事实上，除了本文中所述的那些实施例，基于上述说明或附图而修改本揭示的其他各种实施例对于该领域技术人员将为显而易见的。因此，该些其他实施例或修改的内容，将落入本揭示的范围。除此之外，尽管本揭示于本文中已描述为了特定目的在特定环境中的特定实施方式，该领域技术人员应理解其效用不限于此，并且本揭示可以有效地为了任意目的在任何环境中实现。因此，本文以下所描述的权利要求书应根据本揭示的全部范围和精神来被阐述。