連續大面積掃描注入工藝的方法與系統的製作方法

2023-06-12 13:03:46

專利名稱：連續大面積掃描注入工藝的方法與系統的製作方法
連續大面積掃描注入工藝的方法與系統
相關申請的交叉參考
本直接的4一臨時的專利申請要求下列臨時專利申請的優先權，
其中的每一個為了所有的目的通過引證整體結合於此2006年7月 25曰才是交的第60/833,289號美國臨時專利申i青；2006年10月11 日提交的第60/829,147號美國臨時專利申請；2006年9月8日提交 的第60/825,104號美國臨時專利申請;以及2006年9月22日提交的 第60/826,731號美國臨時專利申i青。
背景技術：
形成基底(包括例如摻雜的基底)的結構和方法的技術。更具體地， 本方法和系統的實施例提供了 一種〗吏用掃描注入工藝的、用於製造 光伏電池的方法和系統。^f旦是可以意識到，本發明具有更寬範圍的 適用性；它也可以應用到其他類型的應用中，例如集成半導體器件、 光子器件、壓電電子器件、平板顯示器、微電子機械系統 ("MEMS")、納米技術結構、傳感器、執行器、集成電路、生物 和生物醫學器件等的三維封裝。
在初期，人類依賴"太陽，，來獲得幾乎所有有用的能量形式。 這樣的能量來自於石油、光源、木材以及各種形式的熱能。〗叉僅舉 個例子，人類為了他們的許多需求，已經嚴重的依賴於諸如煤和汽 油的石油資源。不幸的是，這種石油資源已經越來越枯竭，並導致 了其他的問題。作為部分地替代品，已經提出了太陽能來減少我們
19又於石油資源的依賴。 <又<義舉個例子，可以/人通常由石圭製造的"太陽 能電池"來獲得太陽能。
當矽太陽能電池暴露在太陽的太陽輻射下時產生電能。輻射與 爿眭原子相互作用並形成電子和空穴，這些電子和空穴移動到石圭體內
的p摻雜區和n摻雜區並在摻雜區之間產生電壓差和電流。取決於 應用，已經將太陽能電池與集中元件集成在一起來提高效率。例如， 使用引導這種輻射的集中元件，使太陽輻射積聚並聚焦到活躍的 (active)光伏材料的一個或多個部分。儘管有效，但是這些太陽能 電池仍然具有"^午多局限性。
僅僅作為一個例子，太陽能電池依賴於例如矽的原料。這種矽 經常由多晶矽和/或單晶矽材料製成。可將雜質摻入這些多晶矽或單 晶矽材料來形成光吸收區。
由於對於這種應用，注入工藝可能是^氐效且非最優的，因此這 些才才並牛通常難以製造。通常通過加工多晶石圭—反形成多晶石圭電池。盡 管可以有效地形成這些板，但是對於高效率的太陽能電池，它們不 具有最優的特性。
對於高等級的太陽能電池，單晶石圭具有合適的特性。然而這種 單晶石圭是昂貴的，並且對於太陽能應用，它也4艮難以高效率和低成 本的方式使用。概括地，薄膜太陽能電池通過使用更少的矽材料而 相對便宜，但是比起更貴的由單晶矽基底製造的體矽電池(bulk silicon cell),它們的無定形或多晶的結構的效率更4氐。
通過本i兌明書和下面更詳細的內容，可以找到上述的和其他的
局限性。
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發明內容
根據本發明的實施例，提供了包括用於使用大規模注入工藝形 成基底(包括例如摻雜基底)的方法、系統和結構的技術。更具體 地，本方法和系統提供了使用掃描注入工藝的、用於製造光伏電池 的一種方法和系統。在優選的實施例中，這種注入的雜質才是供由施
主(donor)基底中的裂開平面(cleave plane )限定的可轉移的材泮牛 層。例如，在光伏應用中，可轉移的材衝牛層可以包4舌形成p-n結且 能夠用作光吸收體層的注入的雜質，例如如果材料層具有足夠的厚 度。在一個具體的實施例中，對於有效的薄膜太陽能電池，這些實 施例的材料層(thickness of material-材料厚度)是足夠的，並且如 果足夠厚，它們甚至可以作為對於4吏用i者如4居法(sawing)和切片 工藝的當前方法製成的厚基底的更加節省成本的替代品。更薄的材 料層也可以用作後續的外延生長工藝的單晶模板。但是可以認識 到，本發明具有更寬範圍的應用性；它可以應用在其他類型的應用 中，例如集成半導體器件、光子器件、壓電電子器件、平板顯示器、 微電子機械系統("MEMS")、納米技術結構、傳感器、執行器、 集成電路、生物和生物醫學器件等的三維封裝。
例如在三維封裝領域，足夠厚的矽的薄膜轉移到一個可釋放的 機械的矽處理基底上，這將允許一種商業化的實用方法，該方法將 完全處理的CMOS (例如集成電路或IC)層釋放到期望的基底上， 或者作為可組成三維堆疊的或者分層的和互相連^妾的CMOS平面 的多層結構的一部分。包含CMOS電路的釋放的薄膜將由根據本發 明的層轉移工藝限定，其中通過高能注入而成為可能的更厚的薄膜 將是特別令人滿意的。這種使用注入/IC工藝/釋》丈方法進行的三維 工藝在共同轉讓的第6,291,314號美國專利(其因此通過參考結合 於此)中更加全面地解釋。在具體的實施例中，本發明提供了 一種用於製造基底的方法，
該製造基底的方法^吏用連續等離子浸入(immersion)注入工藝，或者 帶有各種程度的離子質量選擇或者非質量選擇(mass selection or
non-mass selection )的離子雨(ion shower"主入工藝。本方>去包4舌才是 供一個可移動的軌道構件。在一個腔(chamber)中4是供該可移動 的軌道構件。腔包括一個入口和一個出口。在具體的實施例中，可 移動的軌道構件可以包括一個或更多的輥子、空氣軸^K ( air bearings )、帶(belt)構件、和/或可移動的梁(beam)構件來為掃 描工藝提供一個或者更多的基底。本方法還包括提供第一基底。第 一基底包括第一多個瓦片(tile)。本方法將包含第一多個瓦片的第 一基底保持在真空中。本方法包括將包括第 一多個瓦片的第 一基底 乂人入口轉移到可移動的壽九道構件上。第 一多個瓦片經受掃描注入工 藝。本方法還包括當注入第一多個瓦片時，將包括第二多個瓦片的 第二基底保持在入口中。本方法包括一旦第一多個瓦片注入完成， 就將包括第二多個瓦片的第二基底從入口轉移到可移動的4九道構 件上。本方法包括^f吏用掃描注入工藝對第二多個瓦片實施注入工
藝
在具體的實施例中，本發明提供了一種使用高能直線加速器工 藝形成一個或更多層轉移工藝的基底的方法。本方法包括提供一個 具有表面區的半導體基底。本方法包括使用高能直線加速器工藝、 通過表面區的第一部分引入第一多個粒子，以引起在表面區下面的 第 一半導體材料層中的第 一選擇的裂開區的形成。本方法包括將高
能直線加速器工藝掃描到表面區的第二部分，以通過表面區的第二 部分引入第二多個粒子，以引起在表面區下面的第二半導體材料層 中的第二選擇的裂開區的形成。本方法繼續通過表面區的其它部分 引入多個粒子，以引起包括第 一選擇的裂開區和第二選擇的裂開區 的裂開區的形成。在具體的實施例中，本方法包括將在完整的裂開在一個可選的具體實施例中，本發明提供了 一種使用掃描工藝 形成基底的方法。本方法包括^是供一種可移動的4九道構件。本方法 包括在可移動的軌道構件上提供包括多個瓦片的基底。本方法包括 將基底保持在由腔提供的入口中。本方法也包括使用可移動的軌道 將包括多個瓦片的基底轉移到第 一注入工藝的附近。在一個優選的 實施例中，第一注入工藝包括第一掃描工藝，其特^正在於第一氣體、
第一電壓、多個第一離子核素(species )。本方法也包括對多個瓦片 實施第二注入工藝。在一個^尤選的實施例中，第二中注入工藝包括-第二掃描工藝，其特徵在於第二氣體、第二電壓、和多個第二離子 核素。在具體的實施例中，第一注入工藝和第二注入工藝在多個瓦 片的每一個中的材料層(可以由裂開的平面限定)中提供雜質區。
在本發明的一個具體實施例中，提供了用於執^亍一個或更多的 注入工藝的託盤(tray)裝置。託盤裝置包括框架構件。框架構件 包括在框架構件的空間區域內的多個位置(site)。該多個位置可以 被排列為一種陣列結構。例如，陣列可以具有6乘6的位置結構或 者8乘8的結構，或者其它。才艮據應用，多個位置也可以:故排列來 保持3乘3的300mm晶片、5乘5的200mm晶片、或者6乘6的 150mm晶片。託盤裝置包括容納於框架構件中的託盤構件來提供對 多個可再用基底構件的支撐。備選地，排列可以是NxM或者其它。 在優選的實施例中，每一個可再用基底構件可以包括例如含矽材
料、鍺材料、n/vi族材料、in/v族材料等的材料。在具體的實施
例中，以為了防止在可再用基底元件上形成缺陷的方向4是供4乇盤構 件。
僅僅作為 一個例子，為了控制注入到可再用基底中的核素的溝 道歲丈應，在淨爭定的實施例中，以垂直方向、或者顛倒(upside-down， 倒置)方向、或者在相對於注入方向(例如離子被注入到可再用基 底的方向)成角度的方向"i殳置4乇盤構件。例如在石圭注入中，離開(100)表面法線大約7度的注入角通常^皮用來減小在沿著主要結 晶方向注入期間注入的離子呈現的溝道效應。備選;也，當以正交的 幾何方向注入時，可以以離主結晶方向一個角度來切割可再用的基 底來達到相同的結果。在具體的實施例中，託盤可以面向遠離重力 的方向，雖然這可以有變化。在優選的實施例中，可以對多個可再 用基底實施掃描注入工藝。可以進一步對多個可再用基底一起或者 分開地實施結合和/或受控的裂開工藝。在具體的實施例中，可以處 理多個基底以在每一個基底中形成p-n結。
在具體的實施例中，多個可再用基底構件中的每一個可以具有 圍繞每個可再用基底構件的外圍區的注入護罩。這種注入護罩可以 是無定形矽或者其他適合的材料。因此，在具體實施例中，在裂開
其他的實施例中，拋光工藝為剩餘的基底構件提供了 一個平坦的表 面，用於後面的4吏用。
在可選的具體實施例中，本發明提供了使用待處理的多個瓦片 等的掃描注入設備。該設備具有可移動的軌道構件，例如鏈子、機 械的運動裝置、帶驅動和帶。該^L備至少具有一個連^妻至可移動的 軌道構件的腔。在優選的實施例中，腔^皮用來容納基底並將包括多 個瓦片的基底保持在真空中或其他確定的環境中。在具體的實施例 中，該設備具有一個注入裝置，由至少連4妄至可移動的軌道構件的 腔提供該注入裝置。通過使用第 一掃描工藝對所述多個瓦片施加多 個粒子來提供所述注入裝置，經由可移動的軌道構件、使基底穿過 至少由所述腔糹是供的注入裝置來執行所述第 一掃描工藝。可以通過 本說明書全文以及下面更詳細的描述找到該設備的進一步細節。
使用本發明的實施例可以獲得優於現有技術的許多優點。具體 地，本發明的實施例使用 一種包括可移動的軌道構件和託盤裝置的 連續的機械裝置，為掃描工藝提供一種有效的方法。這樣的掃描工
24藝可以包括，但是不限於注入工藝。在優選的實施例中，注入工藝 在半導體的基底上提供一個雜質區，例如在由施主基底中的裂開的
平面限定的可轉移的材料層中。這個注入過的半導體基底，例如可
轉移材^牛層，可以^皮進一步處理來為諸如光伏器件、3DMEMS、 IC 封裝、半導體器件、光電器件等的應用提供一種高質量的半導體材 料。在優選的實施例中，本方法為高效率光伏電池等提供了單晶矽。 在可選的優選實施例中，才艮據本發明的實施例可以才是供一個種子 層，該種子層可以進一步提供異質結構的外延工藝分層。其中，這 種異質結構的外延工藝可以用來形成薄的多結(multiple-junction ) 光伏電池等。僅僅作為一個例子，GaAs和GalnP層可以異質外延 地沉積在鍺種子層上，該鍺種子層是根據本發明的實施例使用注入 工藝形成的轉移層。
根據本實施例可以獲得這些好處中的一個或更多。貫穿本說明 書全文，下面將更詳細的描述這些和其它好處。


圖1為示出了根據本發明實施例的形成基底的方法的簡化工藝
流程圖。
藝的簡圖。
圖11為示出了根據本發明實施例的用於形成基底的連續工藝 的託盤裝置的簡圖。圖11A為示出了 4艮據本發明實施例的一種注入工藝的簡圖。
圖12-14為示出了才艮據本發明實施例的用於形成基底的連續工 藝的託盤裝置的簡圖。
圖15-19為示出了根據本發明實施例的形成層轉移的基底的方法。
圖20-22為示出了根據本發明實施例的形成太陽能電池結構的 方法。
圖23為示出了根據本發明實施例的矽厚度範圍和太陽能電池 應用分類的簡圖。
圖24為示出了根據本發明實施例的質子模式的高濃度等離子 源作為可以被用來形成厚結晶材料薄膜的源的例子的簡圖。
圖24A為示出了顯示出高H+含量的等離子體化學的質譜分析。
圖25為示出了根據本發明實施例的用於形成基底的、集成到 離子雨連續工藝系統中的遠程等離子體源的例子的簡圖。
圖26為示出了根據本發明實施例的質量選擇的RFQ-Linac注 入噴頭的簡圖。
圖27為示出了根據本發明實施例的使用橫向和縱向掃描的、 用於形成基底的連續工藝的簡圖。
圖28為示出了根據本發明實施例的裂開工藝的簡圖。圖29a-c為示出了根據本發明實施例的連續注入和裂開系統的 結合的簡圖。
具體實施例方式
根據本發明的實施例，提供了包括使用大規模注入工藝形成基 底的方法和系統的才支術。更具體地，本方法和系統提供了一種4吏用 掃描注入工藝來製造基底(例如摻雜的基底，其可以被用作光伏電 池)的方法和系統。在優選的實施例中，這種注入工藝為光伏器件 的製造在半導體基底中提供雜質區。這種雜質區可以位於由施主基 底中的裂開平面限定的可轉移材料層。但是可以意識到，本發明具
有更寬範圍的應用；它也能夠應用於其他的應用類型，例如在集成 半導體器件、光子器件、壓電器件、平板顯示器、微機電系統
("MEMS，，)、納米技術結構、傳感器、執行器、集成電路、生物 和生物醫學器件等的三維封裝中提供雜質區(有源區，源/漏工程)。
在具體的實施例中，在連續工藝中形成基底的方法可以簡要的 概括如下
1. 提供基底構件，每個基底構件包括多個瓦片(例如可再用基 底、體矽、體鍺、其他的材料或構件)；
2. 將包括第 一多個瓦片的第 一基底構件轉移到真空環境中的 可移動的4九道構〗牛上；
3. 將第一基底構件保持在真空環境中；
4. 對第一多個瓦片實施掃描注入工藝；
5. 完成對第一多個瓦片的掃描注入工藝；6. 將包括第二多個瓦片的第二基底構件轉移到真空環境中的 可移動的專九道構件中；
7. 對第二多個瓦片實施掃描注入工藝；
8. —旦掃描注入工藝完成，從可移動的軌道構件上去除包4舌第 一多個瓦片的第一基底構件；
9. 一旦掃描注入工藝完成，乂人可移動的軌道構件上去除包括第 二多個瓦片的第二基底構件；
10. 加工其它所提供的基底，以及
11. 根據需要執行其它的步驟。
上述步驟的順序^是供了 4艮據本發明實施例的4吏用連續工藝形 成基底的方法。如所示，本方法包括4吏用一個可移動的軌道構件來 轉移包括將在掃描工藝中#:注入的多個瓦片的至少一個基底構件， 對瓦片的注入發生在當基底被空間地移動穿過一個注入裝置的處 理頭時。這個可移動的軌道構件4是供了連續工藝以注入#1提供在一 個或多於一個的基底構件上的多個瓦片。也可4是供其它可選方案， 其中可以在不背離這裡的權利要求的範圍內添加步驟、去除一個或 多個步驟、或者以不同的順序4是供一個或多個步-驟。可以通過下面 具體和更詳細的說明發現本發明的其他細節。
如圖1所示，本方法包4舌開始步艱《101。此圖^U叉作為一個例 子而不應該不適當地限制這裡的權利要求的範圍。本領域的技術人 員應該意識到其他的變化、改變和替換。本方法提供了一個或者更 多的基底構件(步驟103 )。每一個基底構件包括多個瓦片。在具體 的實施例中，基底構件可以是一個4乇盤裝置，其將在下面更詳細地
28描述。可選地，基底構件可以是能夠支撐兩個瓦片以上的任4可適合 的構件和/或裝置，該瓦片用作要被注入的材料。在一個具體的實施 例中，託盤裝置可以包括才幾械的、4爭電的，或者其他的附加構件來 保持瓦片在適當的位置。在具體的實施例中，瓦片是使用層轉移技 術可重複地用於製造多層基底的體基底材料中的大部分。當然，可 以有其他的變化、改變和^,換。
在具體的實施例中，本方法還在腔中提供了可移動的軌道(步
驟105)。作為一個例子，可移動的軌道可以是皮帶裝置或者是允許 將基底從第 一 空間位置運送到第二空間位置和在第 一和第二位置 之間的其他位置的其他適合的裝置。可移動的軌道裝置適當地被設 計為連接至一個注入工藝，它是基於腔的或者其他合適的裝置。在 特定的實施例中，可移動的專九道構件可以包括輥子、空氣軸〃K、皮 帶、和/或可移動束。當然，可以有其他的變化、改變和替換。
再次參考圖1,本方法包括在一個容納可移動的軌道構件的腔 內提供一個真空環境(步驟107 )。本方法將包括第一多個瓦片的第 一基底構件保持在真空中(步驟109)。在一個具體的實施例中，第 一多個瓦片可以包括例如矽晶片等的半導體基底。可以使用加載互 鎖(load lock)系統或其它來提供第一真空。本方法將包括第一多 個瓦片的第一基底構件從腔的進口轉移到可移動的軌道構件上(步 驟lll)。本方法包括對第一多個瓦片實施注入工藝(步驟113)。
在一個具體的實施例中，可以由等離子體浸入注入(pin)系 統才是供注入工藝。其他的注入工藝可以包才舌那些4吏用離子雨、離子 束，或者其他質量分離(或者非質量分離)技術。當然，可以有其 他的變化、改變和^,換。
29本方法包括當正在注入第一多個瓦片時，在真空環境中保持和
排列包括第二多個瓦片的第二基底構件(步驟115 )。本方法將包括 第二多個瓦片的第二基底轉移到可移動的軌道構件上(步驟117)。 本方法包括在完成注入第一多個瓦片(步驟119)後，對第二多個瓦 片實施注入工藝(步艱《121)。本方法包括完成第二多個瓦片的注入 (步驟123)並繼續處理所提供的其他基底。當然，可以有其他的 變化、改變和^,換。
根據本發明的實施例，上述步驟序列提供了使用連續工藝形成 基底的方法。如所示的，本方法包括使用可移動的4九道構件來轉移 包括將要在掃描工藝中注入的多個瓦片的至少一個基底構件，該注 入多個瓦片發生在當將基底空間地移動穿過注入裝置的處理頭時。 這個可移動的軌道構件才是供了用於注入糹皮提供在一個或更多基底 構件上的多個瓦片的連續的工藝。也可l是供其它可選方案，其中可 以在不背離這裡的權利要求的範圍內添加步驟、去除一個或多個步 驟、或者以不同的順序l是供一個或多個步驟。可以通過下面具體和 更詳細的i兌明而發^L本發明的其4也細節。
圖2為示出了根據本發明實施例的^f吏用連續工藝形成基底的系 統200的筒圖。這張圖僅僅是一個例子而不應該不適當地限制這裡 的權利要求的範圍。本領域的技術人員應該意識到其他的變化、改 變和^^:換。如圖2所示，本系統包括「才是供至少一個基底構件201。 每一個基底構件包括布置在其上的多個瓦片203。在具體的實施例 中，多個瓦片中的每一個包括例如矽晶片的半導體基底。本系統也 包4舌一個入口 207和一個出口 217。在特定的實施例中可以l吏用加 載互鎖系統提供入口和出口。提供入口以在注入裝置213中對多個 瓦片實施注入工藝之前，準備和臨時存^f諸包括多個瓦片的基底構 件。如所示的，注入裝置被容納在工藝腔215中。^是供第一門209 以允許將包括多個瓦片的基底構件裝載到入口 。在入口和工藝腔215之間4是供進口 211。還在工藝月空215和出口 217之間l是供出口 門221。 一旦注入工藝完成，第二門223允許從出口移除基底構件。 在具體的實施例中，注入裝置才是供一種掃描注入工藝。這種注入裝 置可以是由例如Applied Material公司等製造的束線離子注入設備。 可選地，可以-使用等離子體浸入離子注入(Pill) 4支術、離子雨， 以及其他的質量分離和/或非質量分離技術提供注入，其對於根據具 體實施例的大表面區是非常有效的。如所示的，注入裝置包括離子 注入頭215來提供將被注入多個瓦片中的雜質。本系統還包括一個 可移動的專九道構4牛219。在特定的實施例中，可移動的4九道構ff可 以包括輥子、空氣軸7"R,或者可移動的4九道。可移動的專九道構件219 為掃描注入工藝提供了基底構件的空間運動。當然，可以有其他的 變4匕、改變和4辦才灸。
圖3-10示出了根據本發明實施例的使用連續工藝形成基底的 簡化方法。這些圖僅僅是一個例子而不應該不適當地限制這裡的權 利要求的範圍。本領域的技術人員應該意識到其他的變化、改變和 替換。如圖3所示，才是供至少一個(N個，N^2)基底構件。將包 括第一多個瓦片305的第一基底構件303通過第一門209 (在如所 示的開放位置)轉移到入口 207,而注入工藝裝置的入口 211仍然 關閉著。將包括第 一多個瓦片的第 一基底構件保持在由入口提供的 真空中並關閉第一前門，以允許如圖4所示的排空(pump down, 排氣降壓)工藝。之後，如圖5所示，使用可移動的軌道構件將包 括第一多個瓦片的第 一基底構件通過進口轉移到容納注入裝置的 工藝力空215。
如圖5所示，對第一多個瓦片實施注入工藝501。在優選的實 施例中，注入工藝〗吏用一種掃描工藝。如所示的，由可移動的專九道 構件提供這種掃描工藝，就是說，當注入裝置提供將要注入到第一 多個瓦片的表面區的雜質時，允許移動的軌道構件才是供空間運動。同時，關閉進口 211並且對入口進行通風並恢復到大氣壓，以及將 包括第二多個瓦片703的第二基底構件701裝載入入口 ，如圖7所 示。當等待對第一多個瓦片的注入工藝完成時，將包括第二多個瓦 片的第二基底構件保持在入口提供的真空環境中。如圖8-9所示， 將包括第二多個瓦片的第二基底構件轉移到注入裝置。如圖9-10 所示， 一旦注入工藝完成，通過開啟出口門221將包括第一多個瓦 片的第一基底構件轉移到排空的出口 217。當注入第二多個瓦片且 出口門221關閉時，可以將出口恢復到大氣壓，並且包括第一多個 瓦片的第一基底構件^皮乂人出口移除並4皮實施進一步的處理。本方法 繼續對提供的包括多個瓦片的其他基底構件進行處理。當然，可以 有其4也的變4b、改變和^,」換。
行一個或更多注入工藝的託盤裝置1100。在具體的實施例中，該託 盤裝置可以具有大約1米乘1米的長度。如所示的，託盤裝置包括 容納在框架構件1101中的託盤構件1103。框架構件包括多個位置 (site) 1105。多個位置中的每一個包括待注入的可再用的基底構件 1107。可再用的基底構件可以包括含矽材料，它在某些實施例中可 以是施主基底。當然，可以有其他的變化、改變和^#換。
圖11A為示出了根據本發曰, 簡圖。這張圖僅僅是一個例子而不應該不適當地限制這裡的權利要 求。本領域的技術人員應該意識到其他的變化、改變和替換。如所 示的，屏蔽掩才莫(shadow mask) 1121用於通過掩蓋接近基底邊緣 的外圍區1125來限制對瓦片的中心區1123的注入。如所示的，還 為瓦片提供圓形的邊緣1127。為瓦片提供的圓形的邊緣1127和屏 蔽掩衝莫的結合允許後續的CMP/拋光注入損害去除工藝來去除所有 區域(包括邊緣區)中的注入損害。在邊緣區具有組合的注入劑量 將導致起泡、微粒、和可導致質量問題的其他問題。根據本發明的具體的實施例，屏蔽掩模可以是能夠周期性地重新塗敷或替換的無
定形矽塗敷的框架。如果不利用完全熱裂開(thermal cleaving)方 法，通過允許插入刀片、針、或者其他的機械裝置來傳導(impart) 裂開應力，圓形的邊緣也可以在受控的裂開工藝的初始和傳糹番過程 中提供幫助。
在具體的實施例中，以陣列結構:沒置多個位置。如圖ll所示， 可以將多個位置配置為8乘8的位置陣列。可以將多個位置配置為 6乘6的位置陣列。在具體的實施例中，將多個位置配置為包括3 乘3的300mm的晶片。在可選的實施例中，將多個位置配置為包 括5乘5的200mm的晶片。在另 一可選的實施例中，將多個位置 配置為包4舌6乘6的150mm的晶片。當然，可以有其他的變4匕、 改變和替換。
託盤裝置可以糹皮配置在一個合適的方向上，以爿使注入工藝最小 化瓦片表面上的缺陷(例如，粒子或其他的汙染物)的形成。如圖 12所示，這種方向包括相對於注入噴頭1201的垂直方向。這種方 向也可以包括如圖13所示的倒置的方向，或者如圖14所示的成角 度的方向。當然，基底的數量和託盤裝置的方向取決於應用，以及 取決於4空制這種歲丈應作為基底內注入核素的溝道爻文應(channeling ) 的可能的需要。本領域的技術人員可以意識到多種變化、改變和替 換。
有效地，注入工藝穿過施主基底1500的頂面1505將某種高能 粒子引入到某一深度1501，其限定了如圖15所示的表面的半導體 材料層1503。取決於應用，才艮據優選的實施例， 一爿殳選擇小質量的 粒子來減小對材料區破壞的可能性。就是說，小質量的粒子容易在 基底構件中傳播，而基本不破壞粒子經過的材料區。例如，更小質 量的粒子(或高能的粒子)可以幾乎是任何帶電的(例如正或負) 或是中性的原子或分子，或者電子等。在具體的實施例中，粒子可
33以是中性的或者帶電的的粒子，該粒子包括例如氫離子和它的同位 素的離子、稀有氣體離子，例如氦和它的同位素、氖或者其他的離
子，這耳又決於實施例。也可以乂人混合物(例如氣體例如氬氣、水 蒸氣、甲烷和氫的混合物)以及其他輕原子質量的粒子中獲得粒子。 可選地，粒子可以是上述粒子，和/或者離子和/或者分子核素和/或 者原子核素的任意組合。這些粒子一般具有足夠的動能來穿透表 面，以達到表面下面所選4奪的深度。
例如，使用氫作為注入到矽晶片中的核素，使用掃描工藝、使 用具有大約450mm寬度的離子噴頭的離子雨系統4是供注入工藝。 使用特定的一組條件來執行注入工藝。對於更淺的注入應用，例如 轉移的薄膜用作外延增厚模板，例如，由rf+提供的離子流密度可 以是每平方釐米20微安或者每平方釐米每秒1.25xlO"H"離子或者 每平方釐米每秒3.75xlO"H+離子。對於在矽晶片內大約每平方釐米 2xl016氫原子的注入劑量，對通過450mm寬度的任何表面區的掃描 時間可以花費約5 3秒鐘。注入溫度範圍從大約-20攝氏度到大約600 攝氏度，並優選地小於大約400攝氏度來防止大量的氫離子從注入 的矽晶片中散射出來的可能性。氫離子可以以大約±0.03到±0.05 微米的精度被選擇性地引入到矽晶片中到達所選擇的深度。注入工 藝的同時加熱矽晶片可以提供某些好處。這些好處中的一個包括最 優化後續的層轉移工藝。可以通過使用安裝在框架組件中的熱板傳 導熱量來加熱-圭晶片。在具體的實施例中，可以通過4吏用兩個相反 的觸頭使合適的電流穿過瓦片，使用利用了該瓦片的電阻特性的電 阻加熱工藝來加熱瓦片。當然，可以有其4也的變4匕、改變和4齊4奐。
在具體的實施例中，使用更高的注入能量，具有相對純淨的質 子注入(正或負帶電的)以允許可再用的基底中的裂開平面的最大 範圍是特別有用的。例如使用矽，注入的範圍可以相當的大，且跨 度為從用於模板形成光伏吸收器(其中需要後續的外延生長電壓來最大化吸收器效率)的幾keV到測量的幾百樣t米厚度的、用作太陽 能電池的晶片原材料的所生產的基底的幾MeV。總的範圍通過使用 例如SRIM 2003 (Stopping Range In Matter )、蒙特卡羅仿真考呈序 (http:〃www.srim.org/)來計算。下面將進一步詳細描述提供的可以 由質子注入獲得的矽薄膜厚度範圍。
在具體的實施例中，範圍乂人大約13nm到大約3um的矽薄月莫厚 度可以通過4吏用能量/人大約10keV到大約300keV的質子注入能量 獲得。上述的範圍允許可用作同質外延(homoepitaxy)和異質外延 (hetero epitaxial)生長模板以形成太陽能電池的晶體外延材料的有 效轉移。當然，可以有其他的變化、改變和替換。
在具體的實施例中，範圍從大約lum到大約50um的矽薄膜厚 度可以通過能量範圍乂人大約120keV到大約2.1MeV的質子注入能 量獲得。這種厚度範圍的矽薄膜可以被分離來提供足夠厚的單晶矽 膜層來形成直接具有高效率的薄膜太陽能電池。也就是說，所形成 的單晶石圭厚度範圍不需要進 一 步變厚以用作太陽能電池應用中的
高效的光吸收體層。諸如前/後4妄觸(contact)構造(formation)的 用於最大化薄膜矽太陽能電池效率的技術使用雙邊通道(two sided acess)製造和光散射層來在薄膜光吸收器層內捕獲更多的光，該技 術已經很好的發展並可以和分離層結合使用。這種技術被很好的包 括在，例如Rolf Brendel( 2003 Wiley-VCH Verlag Gmbh&Co" KGaA， ^Weinheim )的"Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells-Physics and Technology (薄膜晶體矽太陽能電池-物理和技術)"，其通過參考結 合於此。當然，可以有其他的變化、改變和#辜換。
在具體的實施例中，可以4吏用能量範圍乂人大約2.1MeV到大約 5MeV的質子注入來形成範圍從大約50um到大約200um的石圭薄膜 厚度。這種矽薄膜厚度範圍允許可以用作獨立的矽基底的單晶矽基 底層等價物層的分離。厚度範圍在50um到200um的單晶石圭基底可
35以被用來替代使用晶片鋸開、刻蝕和拋光工藝的本方法。與本技術
中的大約50%的切口損失(切口損失淨皮定義為在切割和切片 (wafering )操作過程中的材料損失)相反，注入裂開技術幾乎無 切口損失，導致相當大的成本節約和材料利用率的提高。高於5MeV 的能量可以被用來製做半導體工藝的可選的基底材料，但是在太陽 能電池製造中，對於體矽太陽能電池的形成，要求200um的矽太陽 能電池材料的厚度。結果，根據一具體的實施例，更厚的矽基底對 於製造太陽能電池沒有引起特別的商業興趣。當然，可以有其他的 變4匕、改變和^務才奐。
對於質子注入，圖23示出了矽厚度的範圍和矽太陽能電池吸 收器應用的分類。這個MeV範圍的注入條件已經淨皮Reutov等(V.F. Reutov和Sh.Sh.Ibragimov, "Method for Fabricating Thin Silicon Wafers"(薄矽晶片的製造方法)"，蘇聯發明者認證第1282757號， 1983年12月30日)公開。在這個公開中，公開了使用帶有可選的 注入和注入後的可再用的基底加熱的高達7meV的質子注入，以產 生分離的厚度高達350um的矽晶片。術語"分離的或轉移的矽層" 在本上下文中的意思是由注入的離子範圍形成的矽薄膜層可以被 釋放到獨立的狀態，或者釋放到持久的基底或釋放到用於最終用作 獨立的基底或最終安裝到持久基底上的暫時的基底。當然，用於處 理和加工薄力莫的具體的工藝 一誇依賴於具體的電池工藝和應用。
在具體的實施例中，在質量或者非質量分離的系統中使用質子 注入將從高密度的質子離子源受益。在Silicon Genesis公司研發了 一個這樣的使用帶有尖端(cusp)磁性限制的感應-連接的等離子體 (ICP)激發的等離子的源。這種技術在第6,300,227號美國專利中 描述，其為了所有的目的通過參考結合於此，並且其共同轉讓給加 利福尼亞聖何塞的Silicon Genesis/>司。這種叫估文質子才莫式的等離 子體模式有效地使更高階的氫等離子核素(H2+,H3+)破裂來產生
36等離子體密度通常超過每立方釐米lelOH+離子數的高純度的H+等 離子體化學物。圖24-24A顯示了來自美國專利第6,300,227號的2 幅典型圖，顯示了高H+濃度的等離子化學物的質"i普分析儀和在等 離子體浸入的離子注入的實施例中的等離子體源的截面圖。這個源 可以有利地用作離子雨系統中的遠程等離子體源，來注入H+離子 以加速並注入到目標基底或者多個基底。遠程等離子源可以-波用在 J見有的離子雨注入頭，例3口日本東京的 Ishikawajima-Heavy Industry(IHI)建立的ISDR離子摻雜系統或者其他離子雨系統。例如 在IHI系統中， 一個熱的細絲(filament)等離子體激發僅能使氫破 裂為主要的H3+等離子體化學物。儘管由於由H3+離子提供的每注 入流三倍的有效地質子劑量的比率，這可能對於更低能量應用(即， 外延生長模板薄膜方式(regime))提供離子劑量比率優勢，但是， 因為有效地質子能量是H3+注入能量的1/3，穿透範圍顯著地更淺。 對於更深的應用，有必要將注入能量3倍增長。儘管這是可能的， 但是高電壓設備費用隨著加速電勢是超直線的增加的。高密度H+ 離子源的使用將有利地限制最大的要求能量小於5MeV。圖25示出 了根據本發明的優選的實施例的，為了H+注入，諸如將H+離子注 入到離子雨頭的質子模式的遠程的等離子源。可選地，微波源或其 他的可以產生適當的等離子體化學物的源也可以被使用。在另一實 施例中，如果離子範圍仍然在特定的離子雨系統的注入能量範圍之 內，產生主要的H2+或H3+等離子體化學物的不同的等離子體源也 可被用來改善離子劑量比率。當然，所使用的特定的等離子體化學 物和加速電勢將依賴於具體的應用。
Reutov等也公開了通過加熱可再用的基底(在具體公開中是塊 鑄錠(ingot))到可以更加有效利用所注入的質子的適當的溫度來 減少用於分離所必要的質子劑量是可能的。在描述的實施例中，通 過使鑄4定承受750K的注入溫度，以及注入後的持續大約40分鐘 850K的退火溫度，完全分離350um的矽晶片所必須的室溫劑量,人
37每平方釐米5el7質子悽t減少到每平方釐米5el5質子悽t。才艮告的減 小100倍的有效劑量可以對更薄的薄膜的加工和生產率具有本質的 影響。因此，結合注入劑量和能量，注入和注入後加熱處理的結合 可以;故用來發展節省成本的商業工藝。
使用利用了等離子浸入離子注入或者離子雨技術的大面積注 入器，尤其是非質量選擇注入器，可以通過矽表面聯合注入雜質。 例如，鐵的注入可以顯著降低所得到的矽吸收體層的有效少數載流 子的壽命，並且從而導致所不期望的電池轉換效率的降低。由於氫 的更大的注入範圍，可以利用 一個屏蔽層阻止鐵進入晶體^ 圭薄膜。 屏蔽層必要的厚度將取決於注入能量、被屏蔽的雜質、以及屏蔽材 料。使用二氧化矽作為屏蔽層以及鐵作為雜質，3000keV的注入應 該需要大約0.3um的二氧化矽厚度來完全阻止鐵，而5MeV的基底 應用將要求3.5um到4um厚的二氧化矽層。這個層可通過諸如HF 剝離的化學剝離除去，或者經過拋光步驟或者在電池製造過程中始 終保持。
高能注入系統的生產率和技術可行性可以利用以下的例子評 估。這個例子是具有由系統的100kW的總功率限定的總的束電流 密度的離子雨，其被傳遞到正被注入的可再用的基底區。這樣，束 電流密度被注入能量依比例決定，以將傳遞到可再用的基底表面的 能量限制到一個恆功率通量(power flux)，這是因為更高的功率通 量密度會損壞矽以至於對於它作為太陽能電池材料的預期目的不 能實現。假設注入面積是0.45米乘1米，接近第四代平板顯示離子 :滲雜系統的離子雨噴頭尺寸。如果可再用的基底尺寸是150平方毫
米，大約18個基底，每一個都具有225平方釐米的可以^皮同時注 入的面積。因此功率密度是100kW^皮總的^皮注入的基底面積來除， 或者淨皮18x225平方釐米來除，或者每平方釐米24.6瓦。這完全在 矽的安全功率密度範圍內，並且對注入的矽基底不會產生^壬何石皮壞。低能模板方式( regime)中l吏用6el6cm-2作為齊J量,以及在高 能才莫一反方式中4吏用5el5cm-2作為劑量。產生超過每小時3000基底 (3000Angtrom厚度)的合理的基底注入加工速率，每小時850基 底(50um厚度)以及超過600基底(100um厚度)。結合注入以及 注入後的退火，對於分離厚薄膜可得的減'J、的劑量的重要性在本示 例中容易意識到。
在另 一個具體的實施例中，質量選擇的高能注入方法也可以具 有實際用途。在具體的實施例中，如果可以由適當的束密度得到， 則可提供質量選擇的高能注入。為了節省成本，注入束電流可以與 幾十個毫安的H+或H-離子束電流相類似(如果系統可以有歲文地注 入更高的能量，可以有利地利用H2+離子以達到更高的劑量比率)。 才艮據具體的實施例，可以通過4吏用射頻四才及(quadrupole)直線力o速器 (RFQ-Linac)或者漂移管直線加速器(DTL )技術得到這種質量 選擇的注入設備。這些設備一般從例如加利福尼亞的普萊森頓的 Accsys Technology 7>司或者也可以是其他的公司得到。才艮據具體的 實施例，這些方法使用提取的質子束的RF加速來增加質子束的總 能量，其範圍從大約20-100keV到0.5-7MeV或者更多。就是說， 輸出束通常是在直徑上相似於幾個毫米，並且對於在這種應用中的 使用經常要求在一側使用擴展到相似於幾百個毫米、到一米或者更 多的束，以防止石並撞在目標表面上的功率通量變得太大並且可能過 熱或者破壞目標表面。使用這些技術得到的質子流可以高達100mA 或者更多。圖26顯示出RFQ-Linac質量選擇的離子雨源。當然， 可以有其4也的變^:、改變和^齊才奐。
舉一個具體的例子，假設質子束功率是100kW， 一個3.25MeV 的RFQ-Linac可以產生大約31mA的質子束電流。才艮據具體的實施 例，4吏用大約每平方釐米lel6H的劑量，以及約500mmx500mm的 擴展的束，每小時處理的面積大約為7平方米，而功率通量^皮保持在大約每平方釐米13瓦。這種參數的結合使這種方法對於節省成 本的太陽能電池生產尤其實用。再次，可以有其他的變化、改變和 替換。利用直線加速器技術的、高能的基底注入在2007年1月26 日提交的第60/886,912號美國臨時專利申請，以及2006年11月8 日提交的第60/864， 966號美國臨時專利申請中論述，這兩個中的 每一個都與本發明共同轉讓，並且為了所有目的通過引用整體結合 於此。
注入的粒子可以在所選擇的深度沿著平行於基底頂面的平面 增加應力或者減少斷裂能量。這種能量部分地依賴於注入的核素和 條件。這些粒子在所選擇的深度減少基底的斷裂能級。這為在所選 擇的深度沿著注入的平面的受控的裂開作準備。注入可以發生在使 得在基底所有內部位置的能量狀態足夠發起基底材料中非可逆的 斷裂(例如，分離或裂開)的條件下。然而應該注意的是，注入一 般的確導致在基底上的一定數量的缺陷(例如，孩t缺陷)，典型地， 這種基底至少部分i也^皮後續的熱處理來^f'l^裡，例如熱退火或者快速 熱退火。當然，可以有其4也的變化、改變和替換。
因此，在注入後，如圖16所示，使用4是供在裂開平面1603的 所選擇部分的能量1601,對每一個施主基底實施裂開工藝。依賴於 具體的實施例，可以有其^f也的變〗匕。例如，裂開工藝可以是受控的 裂開工藝，其使用傳播的裂開前端(front)來選擇性地釋放材料層。 也可以使用備選的裂開技術。這些技術包括但不僅僅限於那些稱 為力口利S畐尼亞聖4可塞的Silicon Genesis 7>司的NanocleaveTM工藝、 法國Soitec SA的SmartcutTM工藝、以及日本東京Canon />司的 EltmnTM工藝、以及相似的工藝等。之後4艮據優選的實施例，該方 法去除施主基底剩餘的部分，這些剩餘部分也可以;故用作另外的施 主基底。分離薄膜的方法是薄膜的厚度和它在不附著至機械基底的情 況下^皮處理和加工的能力的函數。例如對於用來外延才莫板生長的非 常薄的薄膜，為了避免破壞薄膜，將薄膜臨時地轉移到一個永久基
底上是必要的。對於厚度超過大約50um的材料薄l莫，可以以獨立 的方式處理薄膜，以用於製造太陽能電池。對晶體的太陽能電池應 用中的3-50um的薄膜^f吏用臨時的基底，這對接近(accesss)和加 工分離的薄膜的兩側來最優化所得到的光伏器件是有幫助的。將薄 膜永久的結合併轉移至永久的基底上也可以有助於簡化薄月莫處理 過程。當然，轉移基底的精確選擇和電池製造工藝流程取決於應用。
在具體的實施例中，每一個包括材料層的施主基底可以附著或 結合到處理基底1701上，以形成結合的基底結構。在具體的實施 例中，處理基底可以是矽晶片。在一個可供選擇的實施例中，處理 基底可以是透明的基底，例如石英或者玻璃。當然使用的處理基底 取決於應用。如圖17所示，處理基底被結合到原始基底的表面區。 可以孑吏用電子S見覺糹且(Electronic vision group )製造的EVG結合工 具，或者其他的用於諸如200mm或300mm直徑晶片的更小基底尺 寸相似的工藝來結合基底。也可以使用例如那些由Karl Suss製造的 其他類型的工具。當然，可以有其4也的變化、改變和^,換。
因此在結合後，可以對結合的基底結構實施根據具體實施例的 熱處理。在具體的實施例中，熱處理可以是4吏用i者如連4妄至處理基 底的熱平一反的加熱元件的烘烤處理。在可選實施例中，熱處理可以 是使用諸如連接至原始基底的熱平板的加熱元件的烘烤處理。熱處 理衝是供了通過施主基底的 一部分厚度和處理基底的 一部分的溫度 梯度。另外，熱處理在預定的溫度將結合的基底結構保持預定的時 間。優選地，根據優選的實施例，溫度範圍從大約200或者250攝 氏度到大約400攝氏度，最好在大約350攝氏度，經歷約l個小時
41左右，以使矽施主基底和處理基底持久地互相結合。依賴於具體的 應用，可以有其他的變化、改變和替換。
在具體的實施例中，使用低溫熱措施將基底結合或者熔合到一 起。低溫熱處理一般確保注入的粒子不會在材料區施加過多的應 力，該應力可以產生不可控的裂開動作。在具體的實施例中，通過
自結合(self-bonding)工藝發生低溫結合過程。
可選地，可以-使用多種其他的〗氐溫技術將施主基底表面區結合 到處理基底。例如，靜電或者陽極結合技術可以被用來將兩個基底 結合到一起。特別地，對一個或兩個基底表面充電來p及引另一個基 底表面。另外，可以使用各種其他的公知的的技術將施主基底表面 熔合到處理基底。當然，使用的技術依賴於應用。
參考圖18，本方法包括當材料層仍然結合在處理基底上時， 使用設置在裂開平面的選擇的部分的能量1801來發起裂開工藝， 以從原始基底上分離半導體材料層。根據具體的實施例，可以有某 些其他的變化。例如，裂開工藝可以是受控制的裂開工藝，當材料 層仍然結合在處理基底上時，其使用傳播的裂開前端來選擇性的從 施主基底釋放材料層。也可以使用可選的裂開技術。這種技術包括 ^f旦是不限於那些稱為加利福尼亞聖4可塞的Silicon Genesis 7>司的 NanocleaveTM工藝、法國Soitec SA的Smartcut 工藝、以及日本東 京Canon 乂>司的Eltran頂工藝、以及相似的工藝，還有其4也的。 根據具體的實施例，這個方法然後去除施主基底剩餘的部分，該施 主基底已經為處理基底提供了材料層。根據優選的實施例，施主基 底的剩餘部分可以作為其4也的施主基底再次z使用。當然，可以有其 他的變化、改變和替換。在具體的實施例中，諸如光伏器件的器件 可以形成在材泮十層中。在以Henley， Francois J.的名義共同轉讓的 於2006年3月17日l是交的列為美國臨時的序列號60/783586的另 一個的應用 "Method and Structure for Fabricating Solar Cells Using aLayer Transfer Process (使用層轉移工藝製造太陽能電;也的方法和結 構)"中更全面的描述了這種應用，其通過引用整體結合於此。當 然，可以有其他的變化、改變和替換。
再次，使用H"離子作為雜質注入單晶矽為例。注入能量i殳置 在100keV。義圭材衝+層可以具有大約250nm的厚度。需要加厚工藝 來加厚矽材料以提高在其上製造的太陽能電池的效率。加厚工藝可
以是使用高溫或者低溫生長工藝的直接外延工藝。加厚工藝也可以 包括沉積在珪材料層上的無定形矽或多晶矽，跟在後面的是液相或 固相的外延再生長工藝。可選地，可以4吏用更高能量的注入工藝以 允許轉移足夠厚的吸收體層。為了使用氫和/或氦注入來形成裂開平 面，可以-使用大約500keV的注入能量或者更高。當然，可以有其 他的變化、改變和替換。
有效地，注入工藝《1入某種高能的粒子穿過半導體基底的頂面 到達某一深度，這從表面限定了半導體材料層中的雜質區。用矽基 底作為例子。矽基底經常被提供為具有某種雜質，例如，P型。可 以以大約是1E16-1E20原子cm-3的硼濃度來提供P型雜質，以提 供0.005-50 ohm-cm的電阻率。對於這種晶片，在具體的實施例中， 可以注入P型雜質來在基底表面的附近區形成重摻雜的P+區。在 某實施例中，可以乂人前體(precursor)中得到硼粒子，例如BF3或 者BCI3等等。依賴於應用，硼核素通常是被提供了預定的動能來 穿透矽基底的選擇的深度。當然，可以有其他的變化、改變和替換。
使用BF3作為被注入到矽晶片中的核素為例，可以使用應用掃 描工藝的具有450mm寬度的離子雨噴頭的離子雨系統提供注入工 藝。可以以能量大約是100keV、劑量為大約每平方釐米5x1014離 子來4是供硼，以4是供每立方釐米1020個原子的硼濃度，來到達石圭 中大約400nm至大約500nm的深度。對於在矽晶片中的注入劑量 大約為每平方釐米5x1014個硼原子，對於4壬^f可表面區穿過45nm寬
43度的掃描時間大約需要55秒。注入溫度範圍從大約-20到大約600 攝氏度，並且優選的是小於400攝氏度，以防止大量的摻雜離子擴 散出注入的矽晶片的可能性。硼離子可以^皮選擇性地引入到石圭晶片 中以大約為±0.005到±0.15微米的精度到達所選擇的深度。在注 入後，通常對矽晶片實施退火工藝來分布(distribute)和電激活基 底中的摻雜粒子。當然，使用的離子類型和加工條件耳又決於應用。
耳又決于于應用，可以有變4匕，例:^， 一種N型雜質可以注入在 P型半導體基底表面附近的深度s處。在具體實施例中，這種雜質 粒子被糹是供在預定的深度。這種N型雜質可以包括z疇、砷、銻或者 其他適合的元素。以磷作為注入的核素為例。可以至少使用PH3 作為前體提供磷核素。可以以數十keV到幾個MeV提供注入能量。 例如，可以由P+在大約100keV、以每平方釐米1x1014個原子的劑 量才是供注入，以4是供大約150nm的平均注入深度以及大約每立方釐 米1019個原子的濃度。注入通常導致基底中的一定量的晶體位錯 (dislocation )以及其他微缺陷。使用後續的熱處理，例如，熱退火、 快速熱退火，可以至少部分地修復這種缺陷。在具體的實施例中， N型雜質在P型半導體的一層上l是供至少一個pn結。該至少一個 的pn結可以一皮用來製造器件，例如在某個實施例中的太陽能電池 器件。當然，可以有其他的變化、改變和替換。
圖20-22是示出的根據本發明的實施例的製造太陽能電池的方 法的筒圖。如圖20所示，注入到半導體基底中的雜質在半導體基 底表面附近的一層中4是供了 一個p-n結2001或者多個p-n結。在優 選的實施例中，可以使用這個p-n結或者多個p-n結在半導體基底 的層上形成諸如光伏電池結構的器件。當然，可以有其他的變化、 改變和替換。
如圖21所示，本方法在半導體基底表面區上形成4妄觸層2101， 該半導體基底表面區包括在其中至少形成了一個光伏電池結構的
44材料層中的p-n結。這個接觸層可以由諸如ITO等適合的光學透明 的傳導材料製成。其他的材料也可以被使用。在優選的實施例中， 接觸層被圖案化來形成連接至每個光伏電池的多個電才及。如果光伏 電池被從反面照射，接觸層可以對於傳輸是不透明的，並且通過允 許貫穿電池的迴路，優選的高反射性有助於最大化光收集效率。眾 所周知的，通過在電池內部將光從反射(specular)的轉換到朗伯 (Lambertian )的來造成具有更好的全部的光吸收和轉換的多次內 部反射，使該表面具有紋理以進一步優化效率。當然，可以有其他 的變j匕、改變和4#才灸。
在具體的實施例中，如圖22所示，本方法也在圖案化的4妾觸 層上形成具有表面區2203的平坦的介電層2201,該圖案化的接觸 層包括至少一個光伏電池。這個介電層可以包括例如^f吏用CVD工 藝等沉積的二氧化矽的材料。在具體的實施例中，介電材料基本上 是光學透明的，以允許電f茲輻射透過介電層或多個介電層。圖22 示出了一個簡化的光伏電池結構2200。之後，根據具體的實施例， 光<犬電池的結構可以進一步加工並組裝到太陽能電地4莫塊或者太 陽能電池^H/降中。當然，可以有其J也的變4匕、改變和^,才奐。
以下面舉例的方式描述本發明的另 一個實施例。RFQ-Linac的 一個用途是利用在擴束之後的地方，這個源形成500mm x 500mm 的固定的離子束(這也可以被稱作質量選擇的離子雨噴頭或者其他
個大約1米乘1米的託盤中的多個瓦片大量生產的具體的實施例 中，該束不足以掃描瓦片託盤的寬度，因此在工藝腔中進行橫向的 和縱向的掃描工藝。圖26顯示了4艮據本發明一個實施例的一個 RFQ-Linac質量選擇的離子雨源。這個離子束被擴展但是包括注入 區的X-Y掃描，如果這個區超過了擴展了的離子束的尺寸的話。例 如，束掃描的一個優點是通過離子通量平均來消除束通量和空間能
45量的非均勻性，該平均是通過在離子雨束上積分目標表面的每一點
都被均勻地掃描過的總劑量。圖27通過對離子雨束在注入工藝腔 中碰撞到在託盤中排列的6x6矽瓦片陣列上的X-Y掃描，顯示了注 入劑量標準化的概念。束通量平均將允許裂開工藝在它使用相同工 藝條件來發起和傳播在所有的瓦片以及在每一個瓦片中的裂開工 藝的能力方面變得更加可預測和均勻。通過掃描可能具有略4敬不同 的束入射角或者將產生，缺少任何平均，不斷地惡化瓦片表面平面 度的能量的束的所有的部分，空間能量平均應該有利於幫助在所有 的瓦片上以及在每一個瓦片之中達到高度統一的平均的分離厚度。 這將使更頻繁的瓦片拋光或者研磨(lapping)來恢復平坦的表面成 為必要。當然，根據本發明另外一個實施例，使用專門的束通量和 掃描4侖廓可以引入對於達到圖案匕的注入受控裂開工藝的可預測 的劑量均勻性。這種圖案化的注入裂開技術在第6,290，804號和第 6,248,649號美國專利中更加全面的被描述，共同轉讓，並且通過參 考結合於此，但也可以是其他的。
雖然剛剛描述過的實施例採用 一個延伸的、固定的束以及注入 面積的X-Y掃描，本發明不限於這個具體的例子。衝艮據本發明可選 的實施例可以利用一個更窄的束，與束自身的兩個或者一個掃描運 動、以及託盤的物理運動結合。再次，束和/或託盤的運動速度可以 允許注入到整個目標區，以及在整個注入區平均束通量。
一旦在正被加工的託盤內的多個瓦片上的劑量被積分，託盤可 以-故移出工藝腔並且由新的託盤代替以用於根據本發明的連續注 入工藝進行處理。薄膜的分離可以直接在一側腔進4亍，因為如果在 注入工藝過程中使用瓦片加熱，則使用這種技術可以避免重複的加 熱和冷卻。 一個可能的方法如圖28所示，其顯示出可供選擇的注 入的^f吏用和後續在多個(例如2) 4乇盤中的厚瓦片的裂開。在具體 的實施例中，連續的注入工藝由4乇盤腔1和2的交^齊注入而進行。
46在圖中，當在託盤腔#2中的先前注入的託盤被穿過(cleave)並準 備下個注入過程的時候，來自託盤腔#1的託盤被注入。該工藝的產 品是從託盤腔#2中裂開的並獲得的薄的矽層。裂開後的瓦片的表面 可以足夠光滑並且高質量來允許新的注入和裂開工藝發生，而不用 製備任何表面。如果一些表面的製備是必要的(或者是在每一個注 入/裂開循環或者在預定婆t量的注入/裂開循環之後)，本工藝可以是 在原地進行或者在拿到系統外並由表面處理的託盤所代替的^乇盤。 當然，可以有其4也的變4匕、改變和替才灸。
在具體的實施例中，每一個瓦片的厚度將是期望的裂開厚度和 加工過程中託盤的實際重量的函數。例如，在用新的瓦片代替之前， 一個100um厚的裂開層允許開始的瓦片材料層的稍微小於每釐米 100次的轉移。具有使用許多釐米厚的成形的瓦片的這種厚的薄膜 可能是有利的，而20um薄膜工藝可以具有仫 f義幾釐米厚的瓦片。 不常發生的瓦片替換將允許許多小時的不間斷地連續#:作，因此增 加了生產率並降低了工藝成本。不常發生的託盤或者瓦片外部工藝 也將允許更有效生產，通過不要求從注入溫度冷卻瓦片，其中由於 厚瓦片相對大的熱質量，這種溫度改變將花費時間。當然，可以有 其^f也的變^:、改變和替4奐。
根據本發明的一個實施例，可以獲得注入材料的高生產量。例 如，才艮據一個實施例，一個具有容納具有125mmxl25mm尺寸的8x8 陣列的基底的形狀因子(form factor)的託盤，可大約15分鐘內被 注入劑量是1-2E16的氫。根據該實施例，因此可以在一'h時內注 入大-々4m2的表面面孝只。
使用Silicon Genesis公司講授的層轉移工藝可以進行才艮據本實 施例的裂開工藝，例如，通過參考結合於此的共同轉讓的第 6,013,563號美國專利。根據講授的裂開方法，在選擇的深度適當的 氫劑量被注入之後，可以將從200C力。熱到600C的瓦片從注入工藝腔中移除。例如，1MeVH+注入將允許大約16um的矽被分離。依 賴於注入過程中的溫度，在注入工藝之後的允許裂開的有效劑量可 以在5el5cm-2到5el7cm-2的範圍內。 一旦託盤位於託盤裂開腔中， 可以對一個或更多的瓦片實施分離的退火以及裂開工藝來釋放薄 膜。在優選的實施例中，同時處理一個或多個或所有的瓦片來釋》文 薄膜。圖29顯示出根據本發明的一個實施例的從加熱過的瓦片上 裂開和轉移薄膜。裂開將發生在對注入冷氣的瓦片進行加熱的過程 中，以利用足夠的能量對瓦片的上部熱加壓，來造成薄膜的裂開。 在圖29a中，適當的材料例如多孔的陶覺或者金屬製成的卡盤，被 帶到緊挨著注入的瓦片表面。卡盤的距離是小的，但是加熱氣體的 正壓力將防止卡盤接觸到表面。在這段時間內，可以選擇氣體，通
過使用刻蝕劑或者其他的表面製備氣體來刻蝕、鈍化，或者製備將 要成為分離的薄膜的一個表面的瓦片的表面頂部，來製備注入後的 表面。例如，可以利用諸如SF6或者NF3的矽刻蝕氣體來刻蝕瓦片 表面，而臭氧、氧氣或者氮氣可以被引入以鈍化表面層。可供選擇 地，可以使用等離子體工藝鈍化表面，該工藝包括含氮和/或氧的核 素。依賴於實施例，等離子體工藝可以包4舌一個注入元件和/或等離 子體處理元4牛。 一旦這個卡盤J立於一個予貞定的3巨離，3口圖29b所示
該熱應力造成薄膜從靠近氫裂開平面的瓦片的殘餘物裂開。可選 地，瓦片溫度可以在本步驟之前升高或降低。 一旦薄膜被分離了， 圖29c顯示了拾起(pickup)工藝。在這裡，關閉低溫的/冷的氣體， 然後開啟真空來乂人瓦片上4合起和#是升^>開(loose)的、分離的薄月莫。 如果期望沒有接觸，bemouilli卡盤配置也可以代替真空被使用來允 許非接觸處理。靜電卡盤也可以祐:使用來保持分離的薄膜。顯然， 如果裂開工藝使用氣體和真空卡盤， 一些有限的壓力將出現在託盤 裂開腔內。純的熱、機械的和非流動的能量脈衝(連同諸如靜電加 持的非氣體卡盤保持方法)的使用，可以允許真空保持在託盤裂開 腔內。這種應用和裂開實施例將成為本申^"的一個功能。通過這種技術，所有的瓦片可以同時裂開並且薄膜可以祐:拾 起，因此根據一具體實施例，允許託盤被再次引入到工藝腔中進行 另外一注入工藝。分離的薄力菱可以聚集並帶到注入/裂開系統的外 面，以Y更進一步的力。工。在4乇盤^皮帶回注入工藝之前，以及裂開4乇 盤已經將這個薄膜轉移到另外的託盤(例如稱為轉移託盤並且下面 將進一步解釋)之後，如果需要的話，空閒的裂開卡盤表面可以被 用來製備裂開後的表面。
可以使用其他的裂開技術替代上述的實施例。例如，可以通過
4吏用用於裂開薄膜的散熱器(thermal sink)、熱源以及才幾4成力的結 合來完成裂開。也可以在薄膜被裂開到適合的處理基底上的情況下 完成裂開，在裂開處理之前以可釋》丈的或永久的方式結合該處理基 底。還有，可以實施純粹的熱裂開，例如通過足夠的^是高瓦片溫度 來允許分離發生在預定的時間窗內。也可以使用掃描能量來允許裂 開工藝的受控制的啟動以及傳播。例如，從第一瓦片側到另一側的 低溫氣體的定時釋放以及前進(progression)將允許傳播的裂開從 第一側進行到另 一側。例如雷射或者其他直接的能量源的脈衝能量 也可以被用來啟動裂開動作。這個和其他的裂開啟動和傳播的例子 可以在第6,013,563號美國專利中找到，其被共同轉讓，並為了全 部目的通過參考結合於此。取決于于實施例，也可以4吏用其他的技 術。
在4吏用裂開腔概念的具體的實施例中，在連續工藝中形成基底 的方法可以簡要的扭無要如下
1. 提供基底構件，每一個基底構件包括多個瓦片(例如可再用 的基底(例如體矽、體鍺、其他的材料)構件)；
2. 將包括第 一多個瓦片的第 一基底構件從第 一託盤裂開腔轉 移到真空環境下的工藝腔；3. 將第一基底構件保持在真空環境中；
4. 對第一多個瓦片實施掃描注入工藝；
5. 完成對第一多個瓦片的掃描注入工藝；
6. 將包括注入了的第一多個瓦片的第一基底構件轉移到第一 託盤裂開腔；
7. 將包括第二多個瓦片的第二基底構件從第二託盤裂開腔轉 移到真空環境下的工藝腔；
8. 對第二多個瓦片實施掃描注入工藝；
9. 加工包括注入的第一多個瓦片的第一基底構件為可選衝奪的 表面製備，以及裂開工藝來分離和保持所分離的多個轉移的薄膜；
10. 可選i也加工第一多個瓦片的裂開的表面來為下次注入工藝 製備表面；
11. 一旦完成掃描注入工藝，將包4舌注入的第二多個瓦片的第 二基底構件移到到第二託盤裂開腔；
12. 將包括第 一多個瓦片的第 一基底構件從第 一託盤裂開腔轉 移到真空環境中的工藝腔；
13. 對第一多個瓦片實施掃描注入工藝；
14. 加工包括注入的第二多個瓦片的第二基底構件為可選的表 面製備，以及裂開工藝來分離和保持所分離的多個轉移的薄膜；
5015. 可選地加工第二多個瓦片的裂開的表面來為下次注入工藝 製備表面；
16. 交替地在第一和第二基底構件上(根據需要包括其他基底) 上重複注入/裂開步^>;以及
17. 根據需要執行其他的步驟。
如所示的，本方法包括實施注入技術的步驟。例如，使用轉移 工藝，將由託盤保持的轉移薄膜依次送到另一個託盤(稱為轉移託 盤)，該轉移工藝中，例如，保持薄膜的多個裂開卡盤構件3皮力文在 暴露的薄膜表面附近。當來自裂開卡盤的真空被關閉的時候，轉移 託盤卡盤的真空被開啟，因此完成將薄膜從裂開託盤轉移到轉移託 盤上。之後將轉移託盤從通過加載互鎖系統保持分離的薄膜的系統 中退出。因此裂開卡盤在被轉移回到注入工藝腔中之前可自由地加 工基底構件。例如，裂開卡盤可以;故回到裂開的瓦片表面附近，並 且蝕刻劑或者其他的表面製備氣體可以被注入來執行表面製備步 驟。當然，可以有其他的變化、改變和替換。
在一具體的實施例中，也可以通過邊緣、表面刻蝕或者拋光來 加工轉移薄膜以限制脆性和破損。儘管這些薄膜是獨立的，微裂紋 和納米缺陷可以明顯降低材料的強度，並且導致薄膜破損。在光伏 加工或者釋放為獨立的薄膜之前，刻蝕或拋光步驟是必要的。依賴 於實施例，可以加入、結合或者擴展某些步驟。當然，可以有其他 的變〗L、改變和^^換。
雖然以上是具體實施例的全面描述，但是可以使用各種變化、 可選的構造及其等價物。儘管以上4吏用選4奪的序列步驟進4亍了描 述，但是可以使用描述的步驟的任何元素以及其他元素的結合。另 夕卜，可以根據實施例結合/或者評估某些步驟。此外，根據可選實施
51例，可以使用聯合注入氦和氫離子代替氫粒子，以允許帶有改變的 劑量和/或裂開特性的裂開平面的形成。可選的或者另外的，^岸可以
一皮其j也的N型雜質^^辜，例如多申等。例:io,可以通過下述改變本工 藝(i)擴展離子雨噴頭以具有兩個並發的噴頭，每個相繼地注入 兩種核素中的一種；(ii)使用一個噴頭並相繼注入第一核素和第二核 素(通過改變的第二掃描率^f吏用核素、能量、以及總劑量，並且再 次掃描基底或者選擇第二注入瓦片/晶片溫度)；以及(iii)使用一種 真正的耳關合注入工藝，其中，通過相同的離子雨噴頭同時地4關合注 入兩種核素。當然，可以有其4也的變4b、改變和^,:換。所以，上面 的描述和實例不應該認為是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍 由附加的權利要求限定。
權利要求
1. 一種使用連續注入工藝形成基底的方法，所述方法包括提供可移動的軌道構件，所述可移動的軌道構件被提供在腔內，所述腔包括入口、出口和工藝腔；將包括第一多個瓦片的第一基底保持在所述入口中，所述腔保持在真空環境中；將包括所述第一多個瓦片的所述第一基底從所述入口轉移到所述可移動的軌道構件上；使用掃描注入工藝對所述第一多個瓦片實施第一注入工藝，同時將包括所述第一多個瓦片的所述腔保持在真空環境中；將包括第二多個瓦片的第二基底保持在所述入口中，在對所述第一多個瓦片進行注入時，將所述入口保持在真空環境中；將包括第二多個瓦片的所述第二基底從所述入口轉移到所述可移動的軌道構件上；以及使用所述掃描注入工藝對所述第二多個瓦片實施第二注入工藝。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，由連接至所述腔的加載互鎖系統4是供所述入口和所述出口 。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝形成材料層，所述材料層由在所述第一基底上的每個所述瓦片的層內的裂開平面限定。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝形成材料層，所述材料層由在所述第二基底上的每個所述瓦片的層內的裂開平面限定。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述掃描注入工藝後，分別對所述第一多個瓦片和所述第二多個瓦片實施受控的裂開工藝。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過注入束的移動提供所述掃描注入工藝。
7. 才艮據權利要求1所述的方法，其中，通過所述可移動的軌道構件，由所述第 一基底的空間移動提供所述掃描注入工藝。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一基底包括託盤裝置。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述可移動的軌道構件包括多個輥子、空氣軸承，或者可移動的軌道。所述掃描注入工藝包糹舌氫所述掃描注入工藝包4舌氫所述掃描注入工藝包括第所述掃描注入工藝包4舌高能注入工藝以導致由每個所述瓦片的層內的裂開平面限定的
10. 根據權利要求1所述的方法，其中和氦核素的耳關合注入。
11. 根據權利要求1所述的方法，其中
12. 根據權利要求1所述的方法，其中一氦注入工藝和氫注入工藝。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中材料層的形成，由所述高能注入工藝提供的所述材料層為至少500糹內米。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝包括第一注入工藝和第二注入工藝。
15. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括保持掩模以遮蔽多個瓦片中的每一個的外圍區。
16. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述掃描注入工藝期間，只於每個所述瓦片實施熱處理以加熱每個所述瓦片。
17. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述掃描注入工藝期間，對每個所述瓦片實施熱處理以加熱每個所述瓦片，所述熱工藝選自傳導、紅外輻射、對流或者這些的組合。
18. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述腔連接至另一個腔以將核素注入到每個所述瓦片中。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述掃描注入工藝後，分別對所述第一多個瓦片和所述第二多個瓦片實施熱分離工藝
20. 根據權利要求1所述的方法，其中，在所述掃描注入工藝後，分別對所述第一多個瓦片和所述第二多個瓦片實施多孔石圭分離工藝。
21. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所述第一基底上的每個所述瓦片的層內形成至少一個雜質區。
22. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所述第二基底上的每個所述瓦片的層內形成至少一個雜質區。
23. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所述第一多個瓦片的每一個的層中和所述第二多個瓦片的每一個的層中^是供P型雜質核素，所述P型雜質核素包:^舌硼核素或其他。
24. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所述第一多個瓦片的每一個的層中和所述第二多個瓦片的每一個的層中提供N型雜質核素的注入，所述N型雜質核素包括石粦核素、4弟核素、-中核素、或其4也。
25. 根據權利要求1所述的方法，其中，對所述第一多個瓦片實施第一注入工藝，包括使用掃描注入工藝對所述第一多個瓦片實施至少包括含氫核素的注入，所述掃描注入工藝可以在比第一確定的數量更高的能量範圍內l喿作，其中，所述第一確定的悽t量適於形成^v所述第一多個瓦片中的至少一個瓦片裂開的獨立的材料層，同時將包括所述第一多個瓦片的所述腔保持在真空環境中；以及對所述第二多個瓦片實施第二注入工藝包括使用掃描注入工藝對所述第二多個瓦片實施至少包括含氫核素的注入，所述掃描注入工藝可以在比所述第一確定的lt量更高的能量範圍內操作。
26. 才艮據權利要求25所述的方法，其中，對於所述第一注入工藝，第一確定的悽t量的範圍,人大約550 keV到大約5MeV;其中所述第一多個瓦片由矽材料組成。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中，對於所述第一注入工藝，所述第一確定的悽t量的範圍從大約550 keV到大約5MeV;並且其中，所述第一多個瓦片由單晶矽材料組成。
28. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述含氫核素基本上是H+或者H2+或者H3+。
29. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一多個瓦片中的每一個包括表面區，所述表面區具有用來屏蔽一個或多個汙染物的屏蔽層。
30. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括在所述第一掃描注入工藝後，對所述第一多個瓦片實施熱處理。
31. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一掃描注入工藝保持基本恆定的功率密度。
32. —種4吏用掃描工藝形成基底的方法，所述方法包^r:提供可移動的軌道構件；將包括多個瓦片的基底提供到所述可移動的軌道上；將包括所述多個瓦片的基底保持在真空中，所述真空由腔提供；4吏用所述可移動的4九道將包4舌所述多個瓦片的所述基底轉移到第一注入工藝鄰近區域內；使用第一掃描工藝對所述多個瓦片實施所述第一注入工藝，使用所述可移動的軌道將包括所述多個瓦片的所述基底轉移到第二注入工藝鄰近區域內；以及使用第二掃描工藝對所述多個瓦片實施所述第二注入工藝
33. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片中的每一個均是可再用的基底構件。
34. 才艮據權利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工藝和所述第二注入工藝提供由所述可再用的基底構件的層中的裂開平面限定的材料層。
35. 根據權利要求32所述的方法，其中，在所述第一注入工藝和所述第二注入工藝後，進一步對所述基底構件中的每一個實施受控的裂開工藝。
36. 根據權利要求32所述的方法，其中，由注入束的運動、所述軌道的運動、或者所述注入束和所述軌道兩者的運動來提供所述第一掃描工藝。
37. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述第一掃描工藝特徵在於氣體、電壓和離子核素。
38. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述第二掃描工藝特徵在於氣體、電壓和離子核素。
39. 才艮據4又利要求32所述的方法，其中，由所述可移動的4九道構件提供所述第二掃描工藝。
40. 才艮據卄又利要求32所述的方法，其中，由注入束的運動、所述軌道的運動、或者所述注入束和導軌兩者的運動來l是供所述第二注入工藝。
41. 根據權利要求32所述的方法，其中，由第二注入裝置提供所 述第二注入工藝。
42. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述可移動的軌道構件包括多個輥子、多個空氣軸承、或者可移動的4九道。
43. 根據權利要求32所述的方法，其中，同軸地提供所述可移動 的軌道。
44. 根據權利要求32所述的方法，其中，以自動機械配置提供所 述可移動4九道。
45. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片中的每一 個均具有環繞的注入護罩以保護所述多個瓦片中的每一個的邊緣區。
46. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片中的每一 個均具有在每個所述瓦片的外圍區中的大約1釐米的排除區。
47. 根據權利要求32所述的方法，進一步包括執行受控的裂開工 藝以從至少一個所述瓦片去除材料層，並且在所述瓦片上形成 剩餘的裂開表面區，以及對所述裂開的表面區執4亍拋光工藝以 形成平的表面區。
48. 根據權利要求45所述的方法，其中，所述環繞的注入護罩由 無定形石圭或者石圭或者單晶石圭或者石圭4者製成。
49. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述注入裝置被配置為包4舌噴頭，所述噴頭具有大約450mm的寬度。
50. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述離子核素包括分子離子tf+，所述分子離子提供每平方釐米20xl0"安培的電流密度或者每平方釐米每秒1.25xl0"個H"離子的電流密度或者每平方釐米每秒3.75x1014個H+離子的電流密度。
51. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述注入工藝提供每平方釐米2.0xl0"個氫原子的劑量。
52. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工藝和所述第二注入工藝在所述多個瓦片中的每一個的層中提供至少一個雜質區。
53. 才艮據片又利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工藝和所述第二注入工藝在所述多個瓦片中的每一個的層中提供至少一個雜質區。
54. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述掃描工藝在從大約120keV到大約2.1MeV的能量範圍內可操作，以及其中，所述第一注入工藝和所述第二注入工藝包4舌氫核素。
55. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片中的每一個均具有在每個所述瓦片的外圍區中的大約1釐米的排除區。
56. 根據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片沿著相對於所述注入工藝的方向的離軸方向4非列。
57. 才艮據權利要求32所述的方法，其中，所述多個瓦片沿著相對於所述注入工藝的方向的軸上方向排列，以相對於所述多個瓦片被排列在相對於所述注入工藝的方向的離軸方向，增加所述注入工藝的深度。
58. —種用於執行一個或多個注入工藝的託盤裝置，所述託盤裝置 包括框架構件，所述框架構件包括多個位置；多個基底構件，分別設置在所述多個位置上；以及託盤構件，容納在所述框架構件中，以對所述多個基底 構件提供支撐。
59. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述託盤構件被沿 著相對於重力的垂直方向i殳置。
60. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述託盤構件被沿 著相對於重力的倒置方向設置。
61. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述託盤構件被沿 著成角度的方向設置。
62. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述託盤構件被沿 著防止在所述多個基底構件上形成缺陷的方向i殳置。
63. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述基底構件中的 每一個均具有大約125mm乘大約125mm的尺寸。
64. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述基底構件中的 每一個均包括含矽的材料。
65. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述多個位置被排 列為具有6乘6位置結構的陣列。
66. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述多個位置被排 列為具有8乘8位置結構的陣列。
67. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述多個位置被排列為支持3乘3的300 mm晶片的陣列。
68. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中列為支持5乘N的200 mm晶片的陣列，整數。所述多個位置4皮排其中N是5以上的
69.才艮據4又利要求58所迷的才乇盤裝置，其中列為支持6乘N的150 mm晶片的陣列，整數。所述多個位置^皮排其中N是6以上的
70. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，對所述多個可再用的基底實施結合工藝和/或裂開工藝，對所述多個基底一起或者分開執行所述結合工藝和/或裂開工藝。
71. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述託盤構件具有大約1米乘1米的尺寸。
72. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述基底構件中的每一個均具有環繞的注入護罩。
73. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述基底構件中的每一個均具有在所述可再用的基底構件的每個的外圍區中的排除區，所述排除區具有大約1釐米以下的尺寸。
74. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，進一步對所述基底構件中的每一個實施受控的裂開工藝，以從至少一個所述基底構件中去除材料層，並且在所述基底構件上形成剩餘的裂開的表面區。
75. 根據權利要求74所述的託盤裝置，其中，所述注入護罩選自 無定形^圭或者石圭或者石圭4t。
76. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，所述基底構件中的 每一個均包括矽晶片。
77. 根據權利要求58所述的託盤裝置，其中，對所述基底構件中 每一個實施掃描注入工藝。
78. 根據權利要求77所述的託盤裝置，其中，在所述掃描注入工 藝之後，對所述基底構件中的每一個實施退火工藝。
79. —種使用待處理的多個瓦片的掃描注入設備，所述設備包括可移動的4九道構件；腔，連接至所述可移動的軌道構件，所述腔適於容納基 底並將包括所述多個瓦片的所述基底保持在真空環境中；以及注入裝置，至少由連接至所述可移動的軌道構件的腔提 供，通過使用第一掃描工藝對所述多個瓦片施加多個粒子來提 供所述注入裝置，其中，通過所述可移動的軌道構件4吏所述基 底移動穿過至少由所述腔糹是供的所述注入裝置來才丸行所述第 一掃描工藝。
80. —種使用連續注入工藝糹參雜基底的方法，所述方法包括提供可移動的軌道構件，所述可移動的軌道構件被提供 在腔中，所述腔包括入口、出口和工藝腔；將包括第一多個瓦片的第一基底保持在所述入口中，所 述腔保持在真空環境中；將包括第 一多個瓦片的所述第 一基底從所述入口轉移到所述可移動的軌道構件上；當包括所述第一基底的所述腔保持在真空環境中時，使用掃描注入工藝對所述第一多個瓦片實施第一注入工藝；將包括第二多個瓦片的第二基底保持在所述入口中，在對所述第一多個瓦片進行注入時，所述入口保持在真空環境中；將包括所述第二多個瓦片的所述第二基底從所述入口轉移到所述可移動的軌道構件上；使用所述掃描注入工藝對所述第二半導體基底實施第二注入工藝；其中，所述第一掃描注入工藝在所述第一基底的層上提供雜質區，以形成光伏器件的至少一個p-n結，並且所述第二掃描注入工藝在所述第二多個瓦片層中提供雜質，以形成光伏器件的至少一個p-n結。
81. 根據權利要求80所述的方法，其中，所述第一半導體基底和所述第二半導體基底是第 一導電類型的矽晶片，所述第 一導電類型為p型。
82. 根據權利要求80所述的方法，其中，由連接至所述腔的加載互鎖系統4是供所述入口和所述出口 。
83. 根據權利要求80所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所述第一基底上的每個所述瓦片的表面附近的層中形成至少一個雜質區。
84. 根據權利要求80所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所 述第二基底的每個所述瓦片表面附近的層中形成至少一個雜 質區b
85. 根據權利要求80所述的方法，其中，通過注入束的運動提供 所述掃描注入工藝。
86. 根據權利要求80所述的方法，其中，通過所述可移動的軌道 構件由所述第一基底的空間運動提供所述掃描注入工藝。
87. 根據權利要求80所述的方法，其中，所述第一基底包括託盤裝置。
88. 才艮據權利要求80所述的方法，其中，所述可移動的軌道構件 包括多個輥子、空氣軸承，或者可移動的軌道。
89. 根據權利要求80所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所 述第一多個瓦片中的每一個的表面附近的層中提供雜質粒子， 以形成光伏電池結構的至少一個p-n結。
90. 才艮才居衝又利要求80所述的方法，其中，所述掃描注入工藝在所 述第二多個瓦片中的每一個的表面附近的層中提供雜質粒子， 以形成光<犬電;也結構的至少 一個p-n結。
91. 一種使用待加工的多個瓦片的掃描注入設備，所述設備包括可移動的4九道構件；腔，連接到所述可移動的軌道構件，所述腔適於容納基 底並將包括所述多個瓦片的所述基底保持在真空環境中；以及注入裝置，至少由連接至所述可移動的軌道構件的所述 腔l是供，通過使用第 一掃描工藝對所述多個瓦片施加多個氫粒子來4是供所述注入裝置，其中，通過所述可移動的軌道構件使 所述基底移動穿過至少由所述腔提供的所述注入裝置來^L行 所述第一掃描工藝，所述氬粒子選自H+或者H2+或者H3+。
92. —種使用高能直線加速器工藝形成一個或多個層轉移工藝的 基底的方法，所述方法包括提供半導體基底，所述半導體基底具有表面區；使用高能直線加速器工藝通過所述表面區的第一部分引 入第一多個粒子，以導致在表面區下面的第一層半導體材^h內 形成第一選擇的裂開區；將高能直線加速器工藝掃描到所述表面區的第二部分， 以通過所述表面區的第二部分引入第二多個粒子，以導致在所 述表面區下面的第二層半導體材料內形成第二選擇的裂開區；通過所述表面區的其它部分繼續引入所述多個粒子，以 導致形成包括所述第 一選擇的裂開區和所述第二選擇的裂開 區的裂開區；以及將在所述裂開區附近的半導體材料層裂開以從所述半導 體基底上去除所述材料層。
93. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述直線加速器工藝選自射頻四極直線加速器或漂移管直線加速器。
94. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述多個粒子選自中性 離子束、H核素、H2核素、或者H-或者H+或者H2+核素。
95. 根據權利要求92所述的方法，其中，由所述注入的粒子束的 運動、所述基底的運動、或者由所述注入的粒子束和所述基底 兩者的運動提供所述掃描。
96. 根據權利要求92所述的方法，其中，使用來自高能直線加速 器工藝的擴展束來提供所述第一多個粒子。
97. 4艮據權利要求92所述的方法，其中，對所述半導體基底施加 熱能以導致所述半導體基底的溫度從第一溫度增加到第二溫 度。
98. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述半導體基底是託盤 裝置中的多個半導體基底中的一個。
99. 才艮據權利要求92所述的方法，其中，所述半導體基底才幾械地固定並且^皮保持在靜電的或積4戒的卡盤上。
100. 根據權利要求92所述的方法，其中，在裂開腔中提供所述裂 開並且在注入腔中提供所述引入。
101. 才艮據;K利要求100所述的方法，其中，所述裂開腔連衝妄至所 述注入腔並且進一步包括自動機械裝置，所述自動機械裝置可 」燥作地配置為所述裂開腔和注入腔。
102. 根據權利要求92所述的方法，進一步包括在引入工藝之前， 對所述表面區實施表面製備工藝。
103. 根據權利要求102所述的方法，其中，當所述半導體基底被 保持在靜電的或機械的卡盤上時，提供所述實施。
104. 根據權利要求92所述的方法，進一步包括在引入工藝之前處 理所述表面區。
105. 根據權利要求104所述的方法，其中，所述工藝包括蝕刻劑 核素或者鈍化氣體。
106. 才艮據4又利要求92所述的方法，進一步包括將所述半導體材料 層轉移到轉移託盤。
107. 根據權利要求92所述的方法，其中，使用熱工藝提供所述裂 開。
108. 根據權利要求92所述的方法，其中，使用散熱器或者熱源提 供所述裂開。
109. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述裂開包括機械引發 工藝和傳播工藝以分離所述半導體材料層。
110. 4艮據^K利要求92所述的方法，進一步包括在所述裂開的部分 期間，增加所述半導體材料層的溫度。
111. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述裂開包括在所述半 導體材料層的 一部分上選擇性地施加能量。
112. 根據權利要求92所述的方法，其中，以少於lel7 H/cm2或 者少於5e 16 H/cm2或者少於1 e 16 H/cm2的劑量4是供所述第一 多個粒子的引入。
113. 根據權利要求92所述的方法，進一步包括使用感應工藝、電 氣工藝、傳導工藝或者第一多個粒子的引入工藝來將熱能施加 到所述半導體材料層上。
114. 根據權利要求113所述的方法，其中，使用傳感和反饋過程 選擇性地提供所述熱能。
115. 根據權利要求92所述的方法，進一步包括處理所述半導體材 料層的邊緣區。
116. 根據權利要求115所述的方法，其中，所述處理包括蝕刻和/ 或拋光。
117. 才艮據^L利要求92所述的方法，其中，所述裂開區特4正在於基 本上空間平均的多個粒子。
118. 根據權利要求92所述的方法，其中，所述裂開區特徵在於基 本上空間平均的能級。
119. 根據權利要求117所述的方法，其中，所述裂開區特徵在於 基本上空間平均的能級。
全文摘要
公開了一種使用連續的大面積掃描注入工藝製造摻雜基底的方法。在一個實施例中，本方法包括在具有進口和出口的腔中提供一種可移動的軌道構件。本方法也可以包括提供包括第一多個瓦片的第一基底。本方法包括將包括第一多個瓦片的第一基底從入口轉移到可移動的軌道構件上。對第一多個瓦片實施掃描注入工藝。本方法也包括在真空中保持包括第二多個瓦片的第二基底。本方法包括將包括第二多個瓦片的第二基底從入口轉移到可移動的軌道構件上。本方法包括使用掃描注入工藝對第二多個瓦片實施注入工藝。
文檔編號H01L21/425GK101490824SQ200780026734
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月25日 優先權日2006年7月25日
發明者弗蘭喬斯·J·亨利 申請人:矽源公司