專(zhuān)利名稱(chēng)：離子注入方法及離子注入機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子注入方法及離子注入機(jī)，特別是涉及太陽(yáng)能電池的離子注入方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
離子注入技術(shù)越來(lái)越體現(xiàn)出其優(yōu)越性，尤其是在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于硅中P離子的摻雜應(yīng)用方面越來(lái)越體現(xiàn)出其顯著的優(yōu)越性，它能將光電轉(zhuǎn)換率由原來(lái)的POCl工藝的18. 7%轉(zhuǎn)化為19. 2%，這一轉(zhuǎn)換率的提高帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。而現(xiàn)有的離子注入技術(shù)，通常采用金屬作為放電室的材料，因而在放電過(guò)程中產(chǎn)生金屬離子，使金屬離子摻雜在所引出的離子束中，摻雜的金屬離子會(huì)降低太陽(yáng)能電池的工作效率，為了提高引出的離子束的純度，通常需要采用分析磁鐵去除離子束中的金屬離子，這樣得到的離子束比較純凈，其工藝過(guò)程為由金屬材質(zhì)的放電室產(chǎn)生離子束一對(duì)離子束進(jìn)行分析和整形·得到分布均勻的高能離子束一離子束進(jìn)入靶室對(duì)基材進(jìn)行離子注入。采用上述方法和設(shè)備使設(shè)備造價(jià)昂貴，一臺(tái)離子注入機(jī)的價(jià)格要在千萬(wàn)元以上，給企業(yè)造成了相當(dāng)高的成本壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有采用現(xiàn)有離子注入機(jī)及離子注入方法進(jìn)行離子注入工藝復(fù)雜、設(shè)備造價(jià)高的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單且設(shè)備造價(jià)低的離子注入方法和離子注入機(jī)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的第一個(gè)目的是，提供一種離子注入機(jī)，包括離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、弓I出系統(tǒng)和設(shè)置有靶片的靶室，所述真空系統(tǒng)為所述的離子源系統(tǒng)、所述的引出系統(tǒng)及靶室提供真空條件，所述的離子源系統(tǒng)包括放電室和天線(xiàn)，由RF電源驅(qū)動(dòng)，天線(xiàn)設(shè)置在所述放電室頂部外，所述的放電室由石英制成；所述引出系統(tǒng)包括引出縫和引出電極，離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)由所述的引出縫引出后，由引出電極引入所述的靶室，所述的引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由硅材料制成或鑲嵌硅材料制成的部件；所述靶片能在所述靶室內(nèi)在垂直于所述的引出縫的長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，所述天線(xiàn)沿著所述引出縫的長(zhǎng)度方向設(shè)置；進(jìn)一步地，由所述的引出電極引出的所述離子束，經(jīng)由真空室進(jìn)入到所述的靶室內(nèi)，所述的引出縫設(shè)置在所述的放電室的底部，所述的引出電極設(shè)置在所述的真空室的頂部?jī)?nèi)，并與所述的引出縫相連通；進(jìn)一步地，在所述的真空室與所述的靶室間設(shè)置有閥門(mén)；進(jìn)一步地，所述的引出電極由抑制電極和地電極組成；本發(fā)明的第二個(gè)目的是，提供另一種離子注入機(jī)，包括設(shè)置有放電室的離子源，所述的放電室的材質(zhì)為與靶片材質(zhì)元素相同的元素的氧化物；進(jìn)一步地，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述放電室的材質(zhì)為石英。本發(fā)明的第三個(gè)目的是，提供第三種離子注入機(jī)，它包括設(shè)置有放電室的離子源和引出系統(tǒng)，所述引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由與所述靶片同材質(zhì)的材料制成，或鑲嵌有與所述靶片同材質(zhì)的材料制成的部件；進(jìn)一步地，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述離子束經(jīng)過(guò)的通道由硅材料制成，或鑲嵌有硅材料制成的部件。本發(fā)明的第四個(gè)目的是，提供第四種離子注入機(jī)，它包括設(shè)置有放電室的離子源和引出系統(tǒng)，所述的放電室的材質(zhì)為與靶片材質(zhì)元素相同的元素的氧化物，所述引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由與所述靶片同材質(zhì)的材料制成，或鑲嵌有與所述靶片同材質(zhì)的材料制成的部件。進(jìn)一步地，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述放電室的材質(zhì)為石英，所述離子束經(jīng)過(guò)的通 道由硅材料制成，或鑲嵌有硅材料制成的部件。本發(fā)明的第五個(gè)目的是，提供一種離子注入方法，包括如下步驟I)、由離子源系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束；2)、由引出系統(tǒng)通過(guò)引出縫將純的無(wú)金屬雜質(zhì)的帶狀離子束引入靶室；3)、離子束向靶片注入無(wú)金屬雜質(zhì)的多種離子；進(jìn)一步地，由放電室為石英材質(zhì)的離子源系統(tǒng)產(chǎn)生所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束，由引出通道鑲嵌有硅材質(zhì)或由硅材質(zhì)制成的引出系統(tǒng)將所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束引入所述的靶室；進(jìn)一步地，所述的靶片在垂直于所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束的方向上移動(dòng)；進(jìn)一步地，所述的引出通道為所述的引出縫。采用本發(fā)明方法和離子注入機(jī)，由離子源產(chǎn)生無(wú)金屬離子的離子束，無(wú)金屬離子的離子束經(jīng)由引出縫引入到靶室，在此過(guò)程中得到的離子束為無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束，且形狀均勻，所以無(wú)需對(duì)引出離子束進(jìn)行分析和整形，省去了價(jià)格昂貴的分析磁鐵、整形磁鐵、均勻性調(diào)整單元，使離子注入機(jī)的價(jià)格降低了 50%以上。


圖I為本發(fā)明方法工藝流程圖圖2為本發(fā)明離子注入機(jī)實(shí)施例原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明離子注入機(jī)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明離子注入機(jī)各系統(tǒng)主要組成部分實(shí)施例的框圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明I-離子源系統(tǒng)2-引出系統(tǒng)4-真空系統(tǒng)11-天線(xiàn)12-放電室13-引出縫14-抑制電極15-地電極16-真空室17-閥門(mén)18-靶室19-靶片20-真空泵
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地描述如圖I所示，本發(fā)明的離子注入方法包括產(chǎn)生純的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束對(duì)離子束進(jìn)行加速---由引出系統(tǒng)將純的無(wú)金屬雜質(zhì)離子束引入靶室----無(wú)金屬雜質(zhì)離子束對(duì)靶片進(jìn)行均勻離子注入。在離子注入的過(guò)程中，多種離子同時(shí)注入到靶片。采用上述方法進(jìn)行離子注入，由于離子源所產(chǎn)生的離子束為無(wú)金屬雜質(zhì)的純離子束(下面稱(chēng)為純離子束)，且在純離子束由離子源引入到靶室的過(guò)程中沒(méi)有其它金屬離子摻入，所以，無(wú)需再對(duì)離子束進(jìn)行分析和整理，簡(jiǎn)化了離子注入的程序，可簡(jiǎn)化離子注入機(jī)的結(jié)構(gòu)，無(wú)需設(shè)置分析磁鐵、整形磁鐵、均勻性調(diào)整單元等部件，極大地節(jié)約了離子注入機(jī)的成本。為了使注入的離子束均勻，在進(jìn)行離子注入時(shí)，靶片在垂直于引出縫的方向上運(yùn)動(dòng)。上述方法由以下設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖2-4所示，本發(fā)明的離子注入機(jī)與現(xiàn)有的離子注入機(jī)(如Varian的Solion)相比，省去了分析磁鐵、整形磁鐵、均勻性調(diào)整單元。它包括離子源系統(tǒng)I、引出系統(tǒng)2、真空系統(tǒng)4、控制系統(tǒng)及靶室18。由真空系統(tǒng)4為離子注入機(jī)提供所需的真空條件，由控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)控制，離子源系統(tǒng)I產(chǎn)生的離子束經(jīng)加速后由引出系統(tǒng)2引入靶室18進(jìn)行離子注入。為了保證注入的離子束為純離子束，對(duì)離子源的放電室及離子束經(jīng)過(guò)的通道所使用的材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，放電室12由石英材質(zhì)制成，引出系統(tǒng)2中離子束經(jīng)過(guò)的通道鑲嵌硅材質(zhì) 層或由硅材料制成。放電室由石英制成，防止了金屬離子的產(chǎn)生。引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由硅材料制成或鑲嵌硅材料制成的部件，消除了由于離子濺射或熱蒸發(fā)引起的金屬雜質(zhì)。這樣設(shè)置，杜絕了離子機(jī)在產(chǎn)生離子束和引出離子束的過(guò)程中產(chǎn)生金屬離子，在離子注入的過(guò)程中無(wú)金屬離子污染，無(wú)需再對(duì)離子束進(jìn)行分析，所以，無(wú)需設(shè)置分析磁鐵、整形磁鐵、均勻性調(diào)整單元，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)備的構(gòu)造，且簡(jiǎn)化了離子束注入的流程。本發(fā)明采用RF電源驅(qū)動(dòng)離子源，采用縫引出，位于離子源出口處的引出縫由硅制成，引出的離子束為帶狀束，這樣，靶片只要在垂直于引出縫長(zhǎng)度的方向上運(yùn)動(dòng)就可以得到離子注入均勻的靶片，適合于批量生產(chǎn)。天線(xiàn)沿引出縫長(zhǎng)度方向設(shè)置，提高放電室內(nèi)等離子體在引出縫方向的均勻性，使引出的純離子束在長(zhǎng)度方向具有良好的均勻性，以利于批量生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。放電室由石英制成，引出縫由硅制成，可以避免等離子體從金屬放電室和引出電極上濺射出制成放電室和引出電極材料的金屬原子，從而可防止這些金屬原子在等離子體中變成金屬離子、形成雜質(zhì)離子注入到硅片里降低太陽(yáng)能電池的效率。采用石英作為放電室的材質(zhì)，即使在形成離子的過(guò)程中發(fā)生離子濺射，形成的離子也是與基材同材質(zhì)的Si離子，不會(huì)影響離子的注入效果。本離子注入過(guò)程如下由放電室為石英材質(zhì)的離子源產(chǎn)生無(wú)金屬離子污染的離子束；離子束通過(guò)引出系統(tǒng)的由硅材質(zhì)制成的離子束通道進(jìn)入靶室對(duì)基材作多種離子同時(shí)注入。圖3，示出了本發(fā)明一個(gè)具體的離子注入機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明本實(shí)施例的離子注入機(jī)，包括設(shè)置有放電室12的離子源、引出縫13、引出電極、真空室16和靶室18。天線(xiàn)11設(shè)置在放電室12的頂部外，天線(xiàn)11與放電室12絕緣設(shè)置，弓丨出縫13設(shè)置在放電室12的底部，天線(xiàn)11沿引出縫13的長(zhǎng)度方向設(shè)置，離子源由RF電源驅(qū)動(dòng)，放電室12由石英制成，引出縫13由硅制成；由抑制電極14和地電極15組成的引出電極設(shè)置在真空室16的頂部?jī)?nèi)且與引出縫13相連通，引出電極通過(guò)真空密封的引線(xiàn)由外部抑制電源供電。離子源通過(guò)絕緣環(huán)安裝在真空室16上端，真空室16和靶室18間設(shè)置有閥門(mén)17，以方便維修，靶片19設(shè)置在靶室18內(nèi)，靶片移動(dòng)裝置控制靶片19在垂直于帶狀離子束長(zhǎng)度方向上勻速運(yùn)動(dòng)，使真空室19引出的離子束均勻地注入到靶片19。由靶室連通真空泵20，真空泵20為系統(tǒng)提供真空環(huán)境。 上述結(jié)構(gòu)的離子注入機(jī)，放電功率由放電室外的天線(xiàn)饋送入放電室,放電室內(nèi)沒(méi)有金屬制成的電極，消除了金屬電極引入的金屬離子。圖4示出了本發(fā)明離子注入機(jī)各系統(tǒng)主要組成部分實(shí)施例的框圖，它主要包括離子源、引出電極、真空室、由氣瓶和進(jìn)氣閥組成的進(jìn)氣系統(tǒng)、設(shè)置有真空泵、真空計(jì)、分子泵、分子篩、機(jī)械泵的真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)。離子源通過(guò)絕緣環(huán)安裝在真空室上，由位于高電位的氣瓶通過(guò)進(jìn)氣閥提供工作氣 體，離子源工作需要的能量由位于高電位的RF電源提供。離子源和RF電源及進(jìn)氣系統(tǒng)位于高電位平臺(tái)上，供電由隔離變壓器提供，高電位平臺(tái)與位于地電位的高壓電源輸出相連，調(diào)整高壓電源的輸出電壓，即可改變離子束的能量。高電位上的RF電源和進(jìn)氣系統(tǒng)由位于地電位的控制系統(tǒng)通過(guò)光纖連接到高電位控制。離子源的冷卻由位于地電位的去離子水系統(tǒng)提供去離子水冷卻。引出電極安裝在真空室內(nèi)部，通過(guò)真空密封的引線(xiàn)由外部抑制電源供電。系統(tǒng)的真空由連接到真空室上的真空泵的工作獲得，系統(tǒng)的真空情況通過(guò)真空計(jì)測(cè)得。在真空室內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)閥門(mén)，用于設(shè)備的維護(hù)時(shí)使用。注入機(jī)的工作流程為真空系統(tǒng)工作，使真空室內(nèi)維持高真空狀態(tài)，RF電源輸出功率到離子源，離子源工作產(chǎn)生等離子體，引出電極通過(guò)引出縫從離子源內(nèi)引出長(zhǎng)度方向束流密度均勻的離子束，根據(jù)所加電位的不同，離子束獲得需要的能量。離子束在真空室內(nèi)傳輸?shù)酵瑯游挥谡婵帐覂?nèi)的靶片上。靶片在垂直于離子束長(zhǎng)度方向上勻速運(yùn)動(dòng)，這樣，即可在靶片上獲得均勻的注入。在本發(fā)明中，離子源形成的離子束經(jīng)過(guò)引出縫后直接產(chǎn)生帶狀離子束，離子束在長(zhǎng)度方向束流密度分布均勻，離子束產(chǎn)生過(guò)程及傳輸過(guò)程均避免了引入金屬雜質(zhì)離子，靶片只要在垂直于離子束長(zhǎng)度方向上均勻運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)均勻注入。本發(fā)明的方法及裝置在對(duì)靶片進(jìn)行離子注入時(shí)，為多種離子同時(shí)注入。
權(quán)利要求
1.一種離子注入機(jī)，包括離子源系統(tǒng)(I)、真空系統(tǒng)(4)、引出系統(tǒng)(2)和設(shè)置有靶片(19)的靶室(18)，所述真空系統(tǒng)(4)為所述的離子源系統(tǒng)(I)、所述的引出系統(tǒng)(2)及靶室(18)提供真空條件，其特征在于 所述的離子源系統(tǒng)⑴包括放電室(12)和天線(xiàn)(11)，由RF電源驅(qū)動(dòng)，天線(xiàn)(11)設(shè)置在所述放電室(12)頂部外，所述的放電室由石英制成； 所述引出系統(tǒng)(2)包括引出縫(13)和引出電極，離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)由所述的引出縫(13)引出后，由引出電極引入所述的靶室(18)，所述的引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由硅材料制成或鑲嵌硅材料制成的部件； 所述靶片(9)能在所述靶室(18)內(nèi)在垂直于所述的引出縫(13)的長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，所述天線(xiàn)(11)沿著所述引出縫(13)的長(zhǎng)度方向設(shè)置。
2.如權(quán)利要求I所述的離子注入機(jī)，其特征在于，由所述的引出電極引出的所述離子束，經(jīng)由真空室進(jìn)入到所述的靶室(18)內(nèi)，所述的引出縫設(shè)置在所述的放電室的底部，所述的引出電極設(shè)置在所述的真空室的頂部?jī)?nèi)，并與所述的引出縫相連通。
3.如權(quán)利要求I或2所述的離子注入機(jī)，其特征在于，在所述的真空室與所述的靶室(18)間設(shè)置有閥門(mén)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的離子注入機(jī)，其特征在于，所述的引出電極由抑制電極和地電極組成。
5.一種離子注入機(jī)，包括設(shè)置有放電室的離子源，其特征在于，所述的放電室的材質(zhì)為與靶片材質(zhì)元素相同的元素的氧化物。
6.如權(quán)利要求5所述的一種離子注入機(jī)，其特征在于，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述放電室的材質(zhì)為石英。
7.一種離子注入機(jī)，包括設(shè)置有放電室的離子源和引出系統(tǒng)，其特征在于，所述引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由與所述靶片同材質(zhì)的材料制成，或鑲嵌有與所述靶片同材質(zhì)的材料制成的部件。
8.如權(quán)利要求7所述的一種離子注入機(jī)，其特征在于，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述離子束經(jīng)過(guò)的通道由硅材料制成，或鑲嵌有硅材料制成的部件。
9.一種離子注入機(jī)，包括設(shè)置有放電室的離子源和引出系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電室的材質(zhì)為與靶片材質(zhì)元素相同的元素的氧化物，所述引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由與所述靶片同材質(zhì)的材料制成，或鑲嵌有與所述靶片同材質(zhì)的材料制成的部件。
10.如權(quán)利要求9所述的一種離子注入機(jī)，其特征在于，所述靶片的材質(zhì)為硅，所述放電室的材質(zhì)為石英，所述離子束經(jīng)過(guò)的通道由硅材料制成，或鑲嵌有硅材料制成的部件。
11.一種離子注入方法，其特征在于，包括如下步驟 1)、由離子源系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束； 2)、由引出系統(tǒng)通過(guò)引出縫將純的無(wú)金屬雜質(zhì)的帶狀離子束引入靶室(18)； 3)、離子束向靶片注入無(wú)金屬雜質(zhì)的多種離子。
12.如權(quán)利要求11所述的一種離子注入方法，其特征在于，由放電室為石英材質(zhì)的離子源系統(tǒng)產(chǎn)生所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束，由引出通道鑲嵌有硅材質(zhì)或由硅材質(zhì)制成的引出系統(tǒng)將所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束引入所述的靶室(18)。
13.如權(quán)利要求12所述的一種離子注入方法，其特征在于，所述的靶片在垂直于所述的無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束的方向上移動(dòng)。
14.如權(quán)利要求12所述的一種離子注入方法，其特征在于，所述的引出通道為所述的引出縫。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)采用現(xiàn)有離子注入機(jī)及離子注入方法進(jìn)行離子注入，工藝復(fù)雜、設(shè)備造價(jià)高的不足，提供一種離子注入方法和離子注入機(jī)，該方法由離子源產(chǎn)生無(wú)金屬雜質(zhì)的離子束，由引出縫將純的無(wú)金屬雜質(zhì)的帶狀離子束引入靶室，離子束向靶片注入無(wú)金屬雜質(zhì)的多種離子；該離子注入機(jī)由RF電源驅(qū)動(dòng)，天線(xiàn)設(shè)置在放電室頂部外，放電室由石英制成，離子束經(jīng)由引出縫引出，引出系統(tǒng)中離子束經(jīng)過(guò)的通道，由硅材料制成或鑲嵌硅材料制成的部件；靶片能在靶室內(nèi)在垂直于所述的引出縫的長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，天線(xiàn)沿著引出縫的長(zhǎng)度方向設(shè)置，采用本方法和注入機(jī)，無(wú)需對(duì)引出離子束進(jìn)行分析和整形，使離子注入機(jī)的價(jià)格降低了50％以上。
文檔編號(hào)C23C14/48GK102943245SQ20121045476
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者崔保群, 曹耀輝, 李志軍, 路瑞亮 申請(qǐng)人:秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司