專利名稱:用于在太陽能電池制作中使用的專用注入系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造。具體而言，本發(fā)明涉及用于制作太陽能電池的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
使用多用途半導(dǎo)體制作工具來制造半導(dǎo)體器件。由于當(dāng)前半導(dǎo)體器件的尺度不斷 縮小，這些工具根據(jù)嚴(yán)格規(guī)格來制作器件。這些多用途的工具使用跨越寬能量范圍的光束 為不同制作步驟生成不同核素的離子。能夠制作幾何形狀小的器件的這些工具具有嚴(yán)格的 掃描尺度。它們也進行質(zhì)量分析以減少污染并且包括用于中和襯底上所收集的電荷的特殊 模塊。由于這些工具如此復(fù)雜并且它們的要求如此苛刻，所以它們的輸出相對少、每小時僅 約200個晶片。
圖1示出了用于作為制作半導(dǎo)體器件中一個步驟的注入襯底的現(xiàn)有技術(shù)的注入 系統(tǒng)100。通過雙負(fù)載鎖105向系統(tǒng)100中引入多個晶片。多氣體交付模塊110包含從其 提取η型和P型離子(摻雜物)的多種氣體。離子由預(yù)加速器120加速，該加速器向磁體 125發(fā)送這些離子，該磁體125進行質(zhì)量分析以減少污染。離子然后被發(fā)往后加速器130、 然后被發(fā)往電荷中和模塊135。使用束掃描機制140跨多個晶片101的表面掃描離子束； 可替代地，晶片101本身相對于束移動。測量和控制單元145然后分析晶片101。
由于系統(tǒng)100必須能夠注入不同摻雜物，所以預(yù)加速器120和磁體125的工作范 圍必須大、一般少于IOkeV至200keV-足以注入所有摻雜物類型。系統(tǒng)100也必須能夠滿 足高級幾何結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格要求(小于65nm)。作為一個例子，少于0. 5%的均勻度要求需要多 個束掃描，這降低了系統(tǒng)生產(chǎn)率。
第二個弊端在于，器件上的特征在器件制作的不同階段期間變化。這些特征不能 承受它們面臨的高溫或者收集的電荷。另外，特征本身比如在絕緣膜在它的形成期間收集 電荷時可能不利地影響注入束。[0008]除了少數(shù)例外，器件制作要求功率密度大的束和生成高溫。這些限制一般使現(xiàn)有 技術(shù)的制作系統(tǒng)是復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，一種用于注入半導(dǎo)體襯底的系統(tǒng)包括離子源、用于從離子源生成 能量不多于150keV的加速器和用于使襯底暴露于束的束導(dǎo)向器。在一個實施例中，離子源 包括單核素交付模塊，該模塊包括單氣體交付元件和單離子源。束導(dǎo)向器包括用來將束聚 焦或者成形到襯底上的聚焦元件，比如靜電光學(xué)器件和電磁光學(xué)器件。在另一實施例中，離 子源包括生成提取的離子的等離子體源(比如單離子等離子體源)。這一其它實施例也包 括加速器和束導(dǎo)向器，該束導(dǎo)向器擴展離子以包含或者以別的方式完全覆蓋襯底。
在一個實施例中，單離子等離子體源具有在5cm與IOcm之間的束縫長度和少于 5mm的寬度?？商娲?，單離子等離子體源具有更寬的縫長度、寬度或者這兩者。此外，磁電 管生成的等離子體源可以用來生成很大的如下等離子體，襯底可以浸沒于該等離子體內(nèi)進 行注入。離子源包含η型摻雜物，比如銻、砷或者磷。當(dāng)然也可以使用其它η型摻雜物?？?替代地，離子源包含P型摻雜物，比如硼、鋁、鎵、銦或者BF2。也可以使用其它ρ型摻雜物。
束具有每平方厘米約5kW的功率密度。在一個實施例中，單離子源與系統(tǒng)(比如 與單核素交付模塊)為插件兼容的。
在一個實施例中，束導(dǎo)向器包括在正交方向上跨襯底步進束的掃描元件。
在第二方面中，一種制作半導(dǎo)體器件的方法包括在襯底內(nèi)形成受光區(qū)；摻雜受 光區(qū)以形成網(wǎng)格線；以及將金屬指耦合到網(wǎng)格線。按照第一濃度用摻雜物摻雜受光區(qū)并且 按照比第一濃度更大的第二濃度用該摻雜物摻雜受光區(qū)以形成網(wǎng)格線。網(wǎng)格線從受光區(qū)的 最上表面向下延伸到襯底中。使用包括單核素交付模塊的系統(tǒng)來摻雜受光區(qū)并且形成網(wǎng)格 線。金屬指耦合到網(wǎng)格線。因此，襯底在金屬指下面具有低摻雜物分布和高摻雜物分布的 受光區(qū)。
在一個實施例中，與其它襯底分開地單獨摻雜襯底。在另一實施例中，與其它襯底 一起成組摻雜襯底。
在一個實施例中，通過掩模使襯底暴露于包含摻雜物的離子束來形成網(wǎng)格線。掩 模從襯底的表面移位并且具有尺寸設(shè)定成網(wǎng)格線寬度的開口。可替代地，寬度與網(wǎng)格線寬 度有已知偏離。在另一實施例中，掩模放置于襯底的表面上并且具有與將要形成網(wǎng)格線的 位置相鄰的開口。在又一實施例中，通過將包含摻雜物的等離子體束成形或者脈沖控制成 網(wǎng)格線的寬度并且將束導(dǎo)向受光區(qū)上來形成網(wǎng)格線。在這后一實施例中，等離子體束為靜 止的。在另一實施例中，跨受光區(qū)掃描離子束以依次形成網(wǎng)格線或者生成離子束以同時形 成網(wǎng)格線。
在一個實施例中，第一濃度(劑量)為每平方厘米少于1E15。受光區(qū)具有每平方 近似100歐姆的電阻。網(wǎng)格線具有每平方約10歐姆至30歐姆的電阻、不多于200微米的 寬度并且相距不多于5毫米。在一個實施例中，網(wǎng)格線相距約3毫米。
該方法還包括在將網(wǎng)格線耦合到金屬指之前在各網(wǎng)格線上注入金屬籽晶，因此形 成金屬硅化物。
在一個實施例中，該方法也包括比如通過使用熔爐、閃光燈或者激光來對襯底進行退火?？梢栽诘蜏?比如在400°C與500°C之間)在單個步驟中對襯底進行退火。
在第三方面中，一種制作太陽能電池的方法包括使用能量不多于150kV的離子 束將襯底內(nèi)的受光區(qū)摻雜至第一濃度；使用離子束將受光區(qū)摻雜至比第一濃度更大的第二 濃度；以及將金屬指耦合到網(wǎng)格線。網(wǎng)格線從受光區(qū)的最上表面向下延伸到襯底中。襯底 為156mmX156mm，使用包括單核素交付模塊的系統(tǒng)來摻雜受光區(qū)。該系統(tǒng)具有每小時至少 1，000個晶片的生產(chǎn)量。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件制作系統(tǒng)。
圖2示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件制作系統(tǒng)。
圖3A和圖;3B示出了根據(jù)實施例的用于成形束的束光學(xué)器件。
圖4示出了根據(jù)一個實施例的太陽能電池的輕度摻雜受光區(qū)。
圖5A-圖5C示出了根據(jù)不同實施例的通過摻雜圖4的受光區(qū)來形成網(wǎng)格線。
圖6示出了根據(jù)一個實施例的使用籽晶以將網(wǎng)格線耦合到圖4的太陽能電池的金 屬指。
圖7是根據(jù)一個實施例的分布定制圖。
圖8是圖示了在使用擴散來摻雜的太陽能電池的分布定制能力中的不足的曲線 圖。
圖9A和圖9B是圖示了使用根據(jù)一個實施例的離子注入來摻雜的太陽能電池的分 布定制能力中的優(yōu)點的曲線圖。
圖10示出了根據(jù)一個實施例的制作太陽能電池的過程的步驟。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)被具體地定制成制作具體半導(dǎo)體器件，比如太陽能電池。這些 系統(tǒng)使用比為了制作其它半導(dǎo)體器件而要求的容差更寬松的容差。它們比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng) 更快地、成本更低地和在更小空間中制作器件。這樣的系統(tǒng)能夠每小時生產(chǎn)至少1，000個 太陽能電池。
由于因晶片無形成特征的覆蓋物而未使用電荷中和、簡化了掃描并且可以使用其 它方法進行質(zhì)量分析而進一步簡化了系統(tǒng)。所有這些優(yōu)點獲得比使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體制作系統(tǒng) 可以實現(xiàn)的輸出更高的輸出。
根據(jù)實施例的系統(tǒng)也產(chǎn)生更高效的太陽能電池，具有如下?lián)诫s分布的太陽能電 池，該摻雜分布被定制成減少歐姆損耗和死層的影響。
圖2示出了根據(jù)一個實施例的用于制作太陽能電池的系統(tǒng)200。系統(tǒng)200比圖1 的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)更簡單它具有更高的生產(chǎn)率、具有更小的覆蓋區(qū)(footprint)并且具有 插件兼容的部件(可以被換出并由其它核素專用模塊替換)。系統(tǒng)200包括單氣體交付模 塊205、離子源210、加速器215、偏斜束掃描、質(zhì)量分析和束成形模塊220、測量和控制模塊 225以及用于處置單個太陽能電池201的單個負(fù)載鎖230。在另一實施例(未示出)中，單 氣體交付模塊205和離子源210被替換為等離子體源模塊，而束成形模塊220被替換為用 于向太陽能電池201上擴展等離子體束的擴展器。[0034]系統(tǒng)200具有具體能力。將理解，并非所有實施例都具有這些能力。離子源210 具有長縫。在替代實施例中，離子源210包括用于形成寬束和窄束或者等離子體束的多個 離子源。離子源210產(chǎn)生所有核素的高達IOOmA的束電流，但是一次專用于單種核素。離 子源210也對于各具體應(yīng)用而言為插件兼容的當(dāng)要求具有不同離子束源的新應(yīng)用時可以 拉出離子源210并且用滿足下一應(yīng)用的要求(例如不同摻雜物)的不同離子源替換離子源 210。離子源210具有少于5cm至IOcm并且寬度為Imm至2mm的的束縫。可替代地，離子 源210為等離子體源并且可以被配置成產(chǎn)生寬束?？梢陨煺归L度以覆蓋156mmX156mm襯底 的一個維度或者該襯底的兩個維度。
在工作中，單氣體交付模塊205和離子源210 —起生成離子束，該離子束由加速器 215以直流方式或者脈沖方式進行加速。在一個實施例(圖幻中，加速器具有能量范圍有 限(比如在MkeV與150keV之間)的提取和聚焦元件。在其它實施例中使用其它有限能 量范圍。優(yōu)選地，為了限制系統(tǒng)200的能量要求，加速器215不工作于IOOkeV以上。
接著使用束掃描、質(zhì)量分析和成形模塊220來控制所得偏斜束。在束撞擊單個晶 片201之前或者撞擊同時使用測量和控制模塊225來進一步測量和控制束?？梢栽谑懊?步進單個晶片201，以使用單個束覆蓋晶片201的整個表面，根據(jù)預(yù)定圖案注入摻雜物。在 一個實施例中，晶片201為156mmX156mm，但是系統(tǒng)200能夠處理其它尺度的晶片。在替代 實施例中，在活動臺板上在束之前部署晶片，或者使托盤上的一個或者多個晶片暴露于束。
最終通過單個負(fù)載鎖230將處理過的單個晶片201從系統(tǒng)200移走。
圖3A和圖:3B是根據(jù)兩個實施例的用于對束斑進行成形以向襯底401中注入摻 雜物的束成形器300和束成形器350(也稱為“束光學(xué)器件”)。在一個實施例中，束成形器 300和束成形器350形成圖2的束成形模塊220的部分。束成形器300和束成形器350各 自包括磁透鏡或者靜電透鏡。如下文具體討論的那樣，成形器300和成形器350可以用來 注入半導(dǎo)體太陽能電池中的選擇性發(fā)射極。
束成形器300為“大尺度”成形器。束成形器300接收具有第一寬度的束301A并 且對它進行成形以產(chǎn)生具有第二寬度的束301B，第二寬度大于第一寬度，約為5cm至10cm， 高達襯底及其保持器的尺度?？商娲兀诙挾燃s為15.6cm。
束成形器350為“短尺度”成形器。束成形器350接收具有第一寬度的束351A并 且對它進行成形以產(chǎn)生具有第二寬度的束351B，第二寬度小于第一寬度，約為200微米?？?替代地，第二寬度約為50微米。
束成形器300和350也能夠消除束內(nèi)夾帶的非所需雜質(zhì)。例如掃描角度的略微改 變可以消除具有不同荷質(zhì)比的非所需中性粒子或者核素?？商娲?，特別在束為等離子體 束時，在包含束的室以內(nèi)的內(nèi)包層可以被制作成使側(cè)壁污染最少。
使用束成形器300和束成形器350，束掃描、質(zhì)量分析和成形模塊220 (圖2、能夠 對束進行“成形”以注入變化的幾何結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。
優(yōu)選地，束斑尺度、束電流和掃描方法具有5kW/cm2的束功率密度而未成塊提升晶 片201(圖2)的平均溫度高于150°C。使用背面冷卻、彈性方法或者電冷卻方法來冷卻晶片 201。
束限脈沖成形方法也可以用來冷卻晶片。使用這些方法，通過全部使用自動化控 制地在一批或者更多批晶片內(nèi)的任何其它單個晶片之間共享束來限制晶片的溫度?？商娲?，系統(tǒng)可以使用脈沖等離子體源以隨時間而不是隨位置分布熱。
如上文說明的那樣，本發(fā)明的實施例很好地適合于制作半導(dǎo)體太陽能電池。各 自通過整體引用結(jié)合于此的以下共同未決專利申請描述了制作太陽能電池的不同方式 第XX/XXX，XXX號美國申請，于2009年6月11日提交，標(biāo)題為“Solar Cell Fabrication Using Implantation”，發(fā)明人為 Babak Adibi 和 Edward S. Murrer 并且代理案號為 SITI-00100 ；第XX/XXX，XXX號美國申請，于2009年6月11日提交，標(biāo)題為“!^ormation of Solar Cell-Selective Emitter Using Implant and Anneal Method，，,發(fā)明人為 Babak Adibi和Edward S. Murrer并且代理案號為SITI-00300 ；以及第XX/XXX, XXX號美國申請， 于 2009 年 6 月 11 日提交，標(biāo)題為 “Solar Cell Fabrication with Faceting and Ion Implantation”，發(fā)明人為 Babak Adibi 和 Edward S. Murrer 并且代理案號為 SITI-00400。 圖4、圖5A-圖5C和圖6圖示了根據(jù)實施例使用系統(tǒng)200(圖2)制作太陽能電池。
太陽能電池通過在位于摻雜半導(dǎo)體襯底上面的輕度摻雜受光表面上接收光能從 而產(chǎn)生電子-空穴對來工作。在這些對中的電子形成如下電流，該電流沿著襯底中的層行 進至將它們汲取至網(wǎng)格線的重度摻雜選擇性發(fā)射極、行進至金屬指和母線并且最終到達負(fù) 載。這些電子然后回行至襯底塊，它們在這里與分離的空穴復(fù)合。
一般而言，受光區(qū)在相同步驟中被摻雜并且因此達到與網(wǎng)格線之下的區(qū)域相同的 濃度。對于這樣的摻雜，使用這些擴散方法在襯底的表面緊接附近產(chǎn)生嚴(yán)重過量的未激活 摻雜物核素。這造成“死層”由于受光區(qū)需要被輕度摻雜、但是具有過量未激活摻雜物，所 以在光撞擊太陽能電池時形成捕獲的電子并且在生成任何電流之前與未配對的空穴復(fù)合。 這一效應(yīng)降低了太陽能電池的效率。
可以通過對在襯底的表面區(qū)附近的未激活摻雜物的更佳控制來減少死層。圖4和 圖5A-圖5C中所示實施例示出了可以如何通過將受光區(qū)摻雜至比在網(wǎng)格線之間的濃度更 大的濃度來形成選擇性發(fā)射極。
圖4是將向太陽能電池中形成的并且具有輕度摻雜受光區(qū)505的襯底500的側(cè)橫 截面圖。在這一例子中，襯底500為ρ型半導(dǎo)體襯底而區(qū)域505按照第一濃度由η型離子 摻雜。區(qū)域505具有每平方約100歐姆的電阻；過量摻雜物阻礙摻雜物電荷載流子的生成 和傳送。通常按照少于lE15/cm2的濃度向區(qū)域505注入少于約50keV-100keV的能量注入 物。η型摻雜物的一些例子為銻、砷和磷。
根據(jù)實施例，使用以下束來摻雜襯底500，該束被拓寬成提供全覆蓋或者在χ方 向、y方向或者這兩個方向上迅速掃描(要素220、圖2)以覆蓋整個襯底500。對于太陽能 電池，估計覆蓋非均勻度少于5 % (例如，覆蓋均勻度多于95 % )、因此需要束斑分布中的類 似同質(zhì)性。圖3A和圖;3B中所示束成形器300和束成形器350允許高生產(chǎn)率的注入。
圖5A-圖5C示出了按照比輕度摻雜區(qū)505更高的濃度用η型摻雜物摻雜襯底500 以形成網(wǎng)格線580A-580C、由此減少死層的形成的替代方式。在圖5Α中所示實施例中，物理 掩模515定位于受光區(qū)505上方。掩模515具有成形為所需網(wǎng)格線580Α尺度的開口 ；可替 代地，開口比網(wǎng)格線580Α的尺度略大已知數(shù)量。然后將離子束600導(dǎo)向掩模515上以由此 形成網(wǎng)格線580Α。在替代實施例中，束600為如下等離子體束，襯底500暴露于該等離子體 束。這一布置可以與比如上述束掃描或者束成形方法結(jié)合使用以最大化束利用。
在圖5Β中所示實施例中，掩模550放置于受光區(qū)505上。掩模550可以是硬的或
8者軟的并且可以使用光刻、接觸印刷或者絲網(wǎng)印刷來形成?？商娲?，也可以使用已經(jīng)存在 的用于接觸沉積的掩模。同樣將離子束610導(dǎo)向掩模上以由此注入網(wǎng)格線580B。在替代實 施例中，使用等離子體束而不是離子束610。
在圖5C中所示實施例中，注入束620被成形為摻雜襯底500并且因此形成網(wǎng)格線 580C。這一布置可以使用單次掃描和步進跨襯底500劃線的束斑來將一系列束出口用于同 時曝光?？商娲?，寬束和窄束可以用來個別地曝光一個或者任何數(shù)目的網(wǎng)格線580C。
圖6示出了在以后處理步驟之后的襯底500，在這些步驟中通過形成金屬/半導(dǎo)體 區(qū)域來調(diào)節(jié)功函數(shù)和帶隙。如圖6中所示，金屬核素700注入于在網(wǎng)格線580(580A-580C 中的任一個)頂上接觸指下面的區(qū)域上并且也注入于襯底500的背表面(未示出)上。這 樣的“籽晶”注入增加了與金屬指(附著到網(wǎng)格線)和負(fù)載的接觸性能。
參照圖6，在相鄰網(wǎng)格線580之間的摻雜為每平方近似100歐姆，在網(wǎng)格線580之 下的摻雜少于每平方10歐姆-30歐姆，并且在網(wǎng)格線之間的距離X約為3mm并且有望減少 至1mm，而金屬核素(金屬指)的寬度Y約為200微米并且有望減少至50微米。
襯底500可以是生長的單晶硅、多晶硅、薄膜沉積硅或者用來形成太陽能電池的 任何其它材料。將理解，可以使用其它類型的襯底和摻雜。僅作為一個例子，襯底500可以 是η型而網(wǎng)格線580A可以是ρ型。ρ型摻雜物的例子包括硼和二氟化硼。本領(lǐng)域技術(shù)人員 將認(rèn)識到半導(dǎo)體類型、離子、摻雜水平和其它特性的許多其它組合。
圖7、圖8、圖9Α和圖9Β都用來圖示根據(jù)實施例的系統(tǒng)(例如圖2中的系統(tǒng)200) 如何定制摻雜分布以減少死層的形成和歐姆損耗。
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的分布定制曲線圖800的一個實施例。曲線圖800以 摻雜物濃度(At. /cm3)比對它的摻雜物深度(Ang.)為參照代表太陽能電池的原子分布。線 810代表總原子分布。通過使用各自具有不同濃度比對深度分布的多種離子注入物，用戶可 以在預(yù)定深度內(nèi)精確調(diào)節(jié)和控制太陽能電池的摻雜物濃度(并且因此精確調(diào)節(jié)和控制太 陽能電池的電阻率)。曲線圖800示出了三個不同注入分布812、814和816。這三個分布 的組合獲得太陽能電池的總分布810。
雖然各個別注入可以限于高斯分布或者偽高斯分布，但是本發(fā)明組合它們以有效 定制總原子分布的形狀。在通過使用多種獨立注入物來控制總原子分布時，本發(fā)明讓用戶 能夠有效控制結(jié)深度840，其中一種類型的注入摻雜物(比如η型摻雜物)與預(yù)先摻雜的背 景區(qū)820的摻雜物(比如ρ型摻雜物)相遇。讓用戶也能夠控制在太陽能電池的表面處或 者附近的摻雜物濃度830。本發(fā)明允許用戶相互獨立地控制表面濃度830和結(jié)深度840。在 一些實施例中，原子分布被定制成具有范圍為約0. 01微米至約0. 5微米的結(jié)深度。在一些 實施例中，原子分布被定制成具有范圍為約5E18At. /cm3至約4. 8E21At. /cm3的表面濃度。 然而預(yù)期原子分布可以被定制成具有不同結(jié)深度和表面濃度。
在現(xiàn)有技術(shù)中限制了對原子分布的調(diào)節(jié)。圖8是圖示了在使用擴散來摻雜的太陽 能電池的分布定制能力中的不足的曲線圖900。這里，線910代表太陽能電池的原子分布。 使用擴散來摻雜半傳導(dǎo)晶片阻止了用戶能夠獨立控制表面濃度和結(jié)深度。用戶限于通過僅 將濃度和深度一起增加至線910’來使分布910更深或者通過僅將濃度和深度一起減少至 線910”來使分布910更淺。用戶不能改變原子分布的形狀并且影響原子分布的一個方面 比其它方面更多。[0061]圖9A-圖9B是圖示了根據(jù)本發(fā)明原理的使用離子注入來摻雜的太陽能電池的分 布定制能力中的優(yōu)點的曲線圖。在圖9A的曲線圖1000中，針對使用現(xiàn)有技術(shù)方法形成的 太陽能電池圖示了按照濃度比對深度的原子分布1010。這里，分布1010限于簡單高斯分布 從而使得在電子-空穴對生成區(qū)域中生成的電子難于行進至接觸。分布1010的陡峭斜度 反映摻雜物濃度(并且因此電阻率)隨著電子向在晶片表面的傳導(dǎo)接觸行進而明顯增加。 這一陡峭斜度可能使得電子更難以到達接觸、因此造成所不希望的電力損耗。
在圖9B的曲線圖1000’中，針對使用本發(fā)明的多種離子注入物來形成的太陽能電 池圖示了按照濃度比對深度的原子分布1010’。分布1010’可以被成形為形成濃度隨著電 子向在半傳導(dǎo)晶片表面的接觸行進而更緩和(更不陡峭)地增加。通過使用多種離子注入 物以獨立控制結(jié)深度和表面濃度以及其間每個方面來使得原子分布的這一定制變得可能。
在圖7中，不同注入812、814和816可以確定太陽能電池的不同方面。例如在一 些實施例中，線812(中間范圍的注入物)確定同質(zhì)發(fā)射極，而添加線814和816作為一系 列選擇性注入物以提供選擇性發(fā)射極區(qū)?？梢詿o任何覆蓋或者通過任何防反射覆蓋(例如 氮化物、氧化物或者任何其它膜)對均厚襯底以及對太陽能電池制作所需要的表面紋理化 面進行這些注入步驟。在紋理化的情況下，離子注入提供與表面輪廓的良好附著并且因此 改進了接觸形成。在上文通過引用結(jié)合的第61/133，028號美國臨時申請中描述了紋理化。 圖7的曲線圖800示出了表面涂層850，比如先前討論的防反射涂層。這一涂層可以是任何 厚度。
圖10是示出了根據(jù)實施例的用于制作太陽能電池的過程1100的步驟的流程圖。 參照圖2和圖10，該過程始于步驟1101，其中例如向系統(tǒng)200插入為了配合處理應(yīng)用而需 要的具體離子源210。在步驟1103中向負(fù)載鎖230中放入單個晶片。在步驟1105通過按 照一種濃度和按照更高濃度摻雜受光區(qū)來處理晶片以形成網(wǎng)格線。這一步驟可以包括多個 摻雜循環(huán)。
接著在步驟1107中形成接觸籽晶、印刷或者噴墨印刷金屬指、母線和其它接觸。 在步驟1109中激發(fā)晶片以建立接觸并且激活和退火襯底摻雜物?？梢栽?00攝氏度與500 攝氏度之間的溫度(這低于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中需要的溫度)使用熔爐、閃光燈或者激光(舉 出僅少數(shù)設(shè)備)來對晶片進行退火。優(yōu)選地，僅需要單個退火步驟。也可以在不同溫度下 將晶片退火一個產(chǎn)生類似結(jié)果的時間。
在步驟1111中，測量晶片的性能、然后對晶片進行分類。該過程結(jié)束于步驟1113。
優(yōu)選地，控制器使用(1)存儲于計算機可讀介質(zhì)上的計算機可執(zhí)行指令和(2)執(zhí) 行該指令的處理器來進行步驟1100。參照圖2，在一個實施例中，這一控制器(未示出)操 作地耦合到束掃描、質(zhì)量分析和束成形模塊220、測量和控制模塊225或者這二者。
盡管實施例描述了太陽能電池，但是將理解可以根據(jù)實施例制作其它半導(dǎo)體器 件。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易清楚可以對實施例進行其它修改而不脫離如所附權(quán)利要 求限定的本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于注入半導(dǎo)體襯底的系統(tǒng)，包括 離子源；加速器，用于從所述離子源生成能量不多于150kV的束；以及 束導(dǎo)向器，用于使所述襯底暴露于所述束。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述離子源為包括單氣體交付元件和單離子源的 單核素交付模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其中所述束導(dǎo)向器包括聚焦元件，其中所述聚焦元件 包括磁光學(xué)器件、電磁光學(xué)器件或者這二者以向所述襯底上聚焦所述束。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的系統(tǒng)，其中所述單離子源具有在5cm與IOcm之間的束縫長度 和少于5mm的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述束為等離子體束。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述離子源包含從銻、砷和磷中選擇的η型摻雜物。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述離子源包含P型摻雜物。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述束具有每平方厘米至少5kW的功率密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，其中所述離子源、所述加速器或者這二者與所述系統(tǒng) 為插件兼容的。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的系統(tǒng)，還包括用于在正交方向上跨所述襯底步進所述束的 掃描元件。
11.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括 將襯底內(nèi)的受光區(qū)摻雜至第一濃度；將所述受光區(qū)摻雜至比所述第一濃度更大的第二濃度以形成網(wǎng)格線，其中所述網(wǎng)格線 從所述受光區(qū)的最上表面向下延伸到所述襯底中；以及 將金屬指耦合到所述網(wǎng)格線，其中使用包括單核素交付模塊的系統(tǒng)來摻雜所述受光區(qū)和所述網(wǎng)格線。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中與其它襯底分開地?fù)诫s所述襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中形成所述網(wǎng)格線包括通過從所述襯底的表面移 位的掩模使所述襯底暴露于包含摻雜物的離子束，其中所述掩模具有尺寸設(shè)定成所述網(wǎng)格 的寬度的開口。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中形成所述網(wǎng)格線包括通過耦合到所述襯底的表 面的掩模使所述襯底暴露于包含摻雜物的離子束，其中所述掩模具有與將要形成所述網(wǎng)格 線之處相鄰的開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中形成所述網(wǎng)格線包括將包含摻雜物的束成形為 所述網(wǎng)格線的寬度并且將所述束導(dǎo)向所述受光區(qū)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，其中導(dǎo)向所述束包括跨所述受光區(qū)掃描所述束以依 次形成所述網(wǎng)格線。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，其中導(dǎo)向所述束包括生成所述束以同時形成所述網(wǎng)格線。
18.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所述第一濃度為每平方厘米少于1E15。
19.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所述受光區(qū)具有每平方至少100歐姆的電阻。
20.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所述網(wǎng)格線具有每平方約10歐姆至30歐姆的 電阻。
21.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所述網(wǎng)格線不多于200微米寬。
22.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所述網(wǎng)格線相距不多于5毫米。
23.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，還包括在400攝氏度與500攝氏度之間對所述襯底 進行退火。
24.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，還包括在所述襯底的背表面上形成接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，還包括在將所述網(wǎng)格線耦合到金屬指之前在各所述 網(wǎng)格線上注入籽晶。
26.一種制作太陽能電池的方法，包括 使用能量不多于150kV的離子束將襯底內(nèi)的受光區(qū)摻雜至第一濃度； 使用所述離子束將所述受光區(qū)摻雜至比所述第一濃度更大的第二濃度以形成網(wǎng)格線， 其中所述網(wǎng)格線從所述受光區(qū)的最上表面向下延伸到所述襯底中；以及 將金屬指耦合到所述網(wǎng)格線，其中所述襯底為156mmX156mm，使用包括單核素交付模塊的系統(tǒng)來摻雜所述受光區(qū)，并 且所述系統(tǒng)的吞吐量為每小時至少1，000個晶片。
專利摘要
使用注入摻雜制作系統(tǒng)來更高效和成本更低地制作太陽能電池和其它半導(dǎo)體器件。一種用于注入半導(dǎo)體襯底的系統(tǒng)包括離子源(比如單核素交付模塊)、用于從離子源生成能量不多于150kV的離子束的加速器和用于使襯底暴露于該束的束導(dǎo)向器。在一個實施例中，離子源為包括單氣體交付元件和單離子源的單核素交付模塊。可替代地，離子源為用來生成等離子體束的等離子體源。該系統(tǒng)用來制作具有輕度摻雜受光區(qū)和更重度摻雜網(wǎng)格線的太陽能電池。這一結(jié)構(gòu)減少“死層”的形成并且改進了接觸電阻、由此增加了太陽能電池的效率。
文檔編號G21K5/10GKCN102099870SQ200980127944
公開日2011年6月15日 申請日期2009年6月11日
發(fā)明者B·阿迪比, E·S·默爾 申請人:因特瓦克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan