[发明专利]离子束突波恢复用的射束线电极电压调变

说明书

技术领域

本发明涉及离子植入，且更确切地说，涉及离子植入期间的均匀性。

背景技术

离子植入(ion implantation)是一种用于将改变导电性的杂质引入工件中 的标准技术。在离子源中使所需的杂质材料发生电离，使离子加速以形成指 定能量的离子束，且将所述离子束引导到工件的表面上。离子束中的高能离 子穿透到工件材料的主体中，并嵌入至工件材料的晶格(crystalline lattice)， 从而形成具有所需导电性的区。

太阳能电池(solar cell)是使用硅工件的装置的一个实例。任何高性能太 阳能电池的制造或生产成本降低或任何高性能太阳能电池的效率提高，均会 对太阳能电池在世界范围内的普及具有积极的影响。此举将使得这种清洁能 源技术能得到更广泛地使用。

现有许多不同的太阳能电池架构。两种常见的设计为选择性发射极 (selective emitter；SE)和叉指型背面接触(interdigitated backside contact； IBC)。SE太阳能电池在其由太阳光照射到且轻度掺杂的表面上遍布有大剂 量条纹。IBC太阳能电池在其未受太阳光照射的表面上遍布有交替的p型和n 型条纹。SE和IBC太阳能电池均可以植入离子来对各个区进行掺杂。

在离子植入过程中可能出现“突波(glitch)”。突波的定义为：在离子 植入操作期间射束质量的突然降级，通常是由操作电压发生变化导致的。这 种突波的发生原因通常是沿着射束路径的部件之间存在相互作用，此相互作 用影响着一个或多个操作电压，并且该突波可能发生在沿着射束路径的各个 位置处。例如，离子植入机通常沿着该射束路径采用若干个电极，这些电极 对射束进行加速、对射束进行减速，或抑制操作期间生成的杂散电子流。这 些电极中的每一个均保持预定电压。通常，不同电压的电极位置彼此靠近， 因此，电极之间可能出现电弧。通常，电弧遍布出现在加速间隙上、减速间 隙上，或抑制间隙上，尽管电弧可能出现在其他地方。例如，源引出电压、 源抑制电压，与源射束电流之间的相互作用可能会产生突波。这些突波可能 被检测为其中一个电源中电流的急剧变化。如果植入被突波中断或影响，那 么被植入的太阳能电池或其他工件可能会受到负面影响或甚至可能变得毫无 用处。例如，太阳能电池可能会因为突波引起的低植入剂量从而效率变低。 这样可能会对被植入工件的成本产生影响。因此，通常采用一些步骤来最小 化该类突波的出现率并且尽可能从突波中恢复。

图1为说明一种突波的图表。射束电流被设置成预定值10。突波11出 现在由虚线12、13围起来且标为Δt的时间段内，在该时间段内射束电流下 降到预定值10以下。典型的突波可能持续约100毫秒的时间段。最小化Δt 时间段意味着，对正进行植入的工件产生的负面影响较小。突波11可以通过 测量电压或电流的变化来进行感测。电弧通常通过突然的电压崩溃或突然的 电流骤增而被感测到。当检测到突波时，一个解决方案为立刻将离子束电流 减小到零，从而终止在工件上限定位置处的植入。这称为“消隐射束(blanking  the beam)”。图2为说明使离子束消隐的图表。在突波第一次被检测到的时 刻100处，电压降为零，随后到时刻101为止，电压又逐渐回升到所需的电 压准位。在时刻100处，植入也停止，且时刻100处相对于工件的植入位置 被保存。在一个实例中，电压可能消隐达数十毫秒，然后电压在接下来的数 百或更多毫秒后恢复。当电压恢复到与所需值相差0.1-0.5％时，例如在时刻 101处，植入便可以从工件上刚刚停止植入的位置处继续。因此，一旦突波 情况被补救，理想的是植入过程正好在工件上与检测到突波时所在的相同位 置处重新开始，且理想是具有与检测到突波时相同的射束特性。目的是为了 实现均匀的掺杂轮廓，且这可以通过控制射束电流或工件扫描速度(曝光时 间)来实现。然而，消隐是耗时的，这对产量有负面影响。例如，工件需重 新定位到突波出现的准确位置且离子束需正好在该位置处重新开始。产量下 降还导致成本增加。

用这种方式来弥补由突波引起的剂量损失，可能耗时30秒以上，这对于 太阳能工业的产量需求而言太过耗时。离子植入机内的离子束稳定性和植入 均匀性由连接到离子植入机上的电压源和电流源的速度来控制。

因此，在本领域中，在工件(更确切地说是太阳能电池)的植入期间有 必要用一种突波恢复的改良方法。

发明内容