JP5791722B2 - ビームブロッカを用いたワークピースへのパターン注入 - Google Patents

Description

本願発明は、パターン注入に関し、より詳細には、ビームブロッカを用いたパターン注入に関する。

イオン注入は、導電性を変更させる不純物をワークピースに対し導入するのに用いられる、標準的な技術である。所望される不純物がイオン源内でイオン化され、イオンは所定のエネルギーを持つイオンビームとなるよう加速化され、イオンビームは、ワークピースの面へと向けられる。ビーム内のエネルギーイオンはワークピース材のバルクへと浸透し、ワークピース材の結晶格子へと埋め込まれ、所望される導電性を有する領域が形成される。

一例において、リボンイオンビームを用いてワークピースに対する注入が行われる。リボンイオンビームの断面は長い寸法および短い寸法を有する。例えば長い寸法は、幅またはｘ方向として呼ばれることもあり、若しくは異なる方向として見なすことも可能ではある。リボンイオンビームは、並列化レンズを用いて形成されたものであるか、または走査スポットビームである。

太陽電池は、シリコンワークピースを用いるデバイスの一例である。高性能太陽電池の製造コストまたは生産コストの削減、または高性能太陽電池の効率性の向上が可能であれば、世界中の太陽電池の実装において、好ましい影響を与えることが出来るであろう。このことにより、クリーンなエネルギー技術である太陽電池の利用可能性を高めることが出来るであろう。

太陽電池のアーキテクチャには、様々なものがある。２つの一般的な設計としては、選択エミッタ（ＳＥ）およびｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｃｏｎｔａｃｔ（ＩＢＣ）がある。ＳＥ太陽電池は、太陽光が当たる低濃度ドープ面に亘って高ドース量のストライプを複数有する。ＩＢＣ太陽電池は、太陽光が当たらない面に亘って、ｐ型ストライプおよびｎ型ストライプを交互に有する。それら様々な領域をドープするよう、ＳＥ太陽電池およびＩＢＣ太陽電池の両方において注入が行われる。

異なる領域が異なるドース量を受けるよう、太陽電池または他のワークピースに対し注入を行う必要がある。多くの例において、このことは複数の注入工程を要する。ＳＥ太陽電池の場合、最初の注入は、典型的には、太陽電池の全体に亘る一様な注入であり、２度目の注入は、典型的には、高ドース量を必要とする特定の領域への選択的な注入である。選択的な注入には、例えば、フォトレジストまたはステンシルマスクが用いられる。２つの注入工程を採用することにより処理コストが嵩み、生産に要する時間が長くなり、製造施設において必要とされる注入装置の台数が増えることも考えられる。さらに、リソグラフィは高コストであり、長時間を要し、ステンシルマスクは、適切にアラインするのが難しい。よって、当技術分野ではパターン注入が必要とされており、より詳細には、同時に異なるドース量で注入を行うことのできるパターン注入が必要とされている。

本願発明の第１態様によると、イオン注入方法が提供される。当該方法は、長い寸法を有するイオンビームを生成する段階を含む。長い寸法方向の複数の位置において、イオンビームの一部をブロックする。ブロックする段階の後、第１ドース量および第２ドース量で、ワークピースに対し、イオンビームによる注入を同時に行う。ブロックする段階は、複数の位置で個別に制御される。第１ドース量は複数の位置に対応し、第２ドース量は、第１ドース量よりも多い。

本願発明の第２態様によると、イオン注入方法が提供される。当該方法は、長い寸法を有するイオンビームを生成する段階を含む。長い寸法方向の複数の位置において、イオンビームの一部をブロックする。ブロックする段階の後、第１ドース量を有する第１の複数の領域および第１ドース量より多い第２ドース量を有する第２の複数の領域を形成すべく、ワークピースに対し、イオンビームによる注入を同時に行う。ブロックする段階は、複数の位置で個別に制御される。第１の複数の領域は、ブロックする段階における複数の位置に対応する。

本願発明の第３態様によると、イオン注入方法が提供される。当該方法は、長い寸法を有するイオンビームを生成する段階を含む。長い寸法方向の複数の位置において、イオンビームの一部をブロックする。ブロックする段階でブロックする量は、複数の位置のそれぞれで個別に制御される。イオンビームに対しワークピースを走査する。ワークピースに対し、パターン注入を行う。ブロックする段階における複数の位置に対応する複数の領域に対し、第１ドース量で注入が行われる。ワークピースの残りの部分に対し、第１ドース量よりも多い第２ドース量で注入が行われる。

本願発明の第４態様によると、イオン注入方法が提供される。当該方法は、長い寸法を有するイオンビームを生成する段階を含む。長い寸法方向の複数の位置において、長い寸法に亘り第１電流領域および第２電流領域を有するパターンイオンビームを形成すべく、イオンビームの一部をブロックする。第１電流領域は、第２電流領域よりも低い電流を有し、かつ、複数の位置に対応する。第１電流領域および第２電流領域の両方が、０よりも大きい電流を有する。ブロックする段階は、複数の位置で個別に制御される。パターンイオンビームに対しワークピースを走査する。ワークピースに対し、第１電流領域および第２電流領域によって同時に注入が行われるように、ワークピースに対し、パターンイオンビームによる注入を行う。

本開示がよりよく理解されるよう、参照により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。
図１は、ビームラインイオン注入装置のブロック図である。 図２は、イオンビームブロッカユニットの側面断面図である。 図３は、図２に示すイオンビームブロッカユニットの前方透視図である。 図４は、ブロッカの第２実施形態の前方透視図である。 図５は、注入が行われる太陽電池の前方透視図である。 図６は、図３に示すイオンビームブロッカユニットを用いた、太陽電池に対する注入を示す上方透視図である。 図７は、図６に示す実施形態の、ｘ位置に対応するビームプロファイルを示すグラフである。 図８は、不均一なビームの、ｘ位置に対応するビームプロファイルを示すグラフである。

本明細書では、イオン注入装置に関連して、これらの装置および方法の実施形態を説明する。しかし、半導体製造または荷電粒子を用いる他のシステムに関わる他のシステムおよびプロセスにおいて、様々な実施形態を用いる事が出来る。特に太陽電池について言及するが、半導体ウェハ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、平面パネルまたは当業者に公知の他のワークピースなどの他のワークピースも本願発明の実施形態の恩恵を得る事が出来る。さらに、リボンビームが開示されるが、本明細書に開示する実施形態は、スポットビームまたは走査スポットビームに適用することも可能である。よって、本願発明は、以下に説明する特定の実施形態に限定されない。

図１は、ビームラインイオン注入装置２００のブロック図である。当業者であれば、ビームラインイオン注入装置２００が、イオンを生成出来るビームラインイオン注入装置の多くの例のうちの１つに過ぎないことを理解するであろう。よって、本明細書に開示する実施形態は、図１のビームラインイオン注入装置２００のみに限定されない。

一般的に、ビームラインイオン注入装置２００は、イオンビーム２０２を形成するイオンを生成するイオン源２０１を含む。イオン源２０１は、イオンチャンバ２０３を含んでよい。ガスがイオンチャンバ２０３へと供給され、当該ガスはイオンチャンバ２０３でイオン化される。いくつかの実施形態において、このガスは、ｐ型ドーパント、ｎ型ドーパント、炭素、水素、希ガス、分子化合物また他の当業者に公知の何らかの種であるか、若しくはこれらを含むか、または含有する。このように生成されたイオンはイオンチャンバ２０３から抽出され、イオンビーム２０２が形成される。イオンビーム２０２は、抑制電極２０４および接地電極２０５を通過し、質量分析器２０６へ到達する。質量分析器２０６は、分析磁石２０７、および分析スリット２０９を有するマスキング電極２０８を含む。分析磁石２０７は、所望されるイオン種のイオンが分析スリット２０９を通過するように、イオンビーム２０２内のイオンを偏向させる。所望されないイオン種は分析スリット２０９を通過せず、マスキング電極２０８によってブロックされる。

所望されるイオン種のイオンは、分析スリット２０９を通過し、角度補正磁石２１０へと到達する。角度補正磁石２１０は、所望されるイオン種のイオンを偏向し、イオンビームを分岐イオンビームから、実質的に平行なイオン軌道を有するリボンイオンビーム２１２へと変換する。ビームラインイオン注入装置２００はさらに、イオンビームエネルギー調整ユニット２１５を含んでよい。このイオンビームエネルギー調整ユニット２１５は、例えば、イオンビームのエネルギーを第１のエネルギーから第２のエネルギーに変換する加速レンズまたは減速レンズであってよい。イオンビームブロッカユニット２１６はリボンイオンビーム２１２の部分をブロックし、エンドステーション２１１またはプラテン２１４の上流に位置する。

エンドステーション２１１は、ワークピース２１３に対して、所望される種のイオンによる注入が行われるように、リボンイオンビーム２１２のパス内で、ワークピース２１３などの１以上のワークピースを支持する。ワークピース２１３は、例えば、太陽電池であってよい。エンドステーション２１１は、１以上のワークピース２１３を支持するプラテン２１４を含んでよい。エンドステーション２１１は、リボンイオンビーム２１２の断面の長い寸法の方向に対し垂直にワークピース２１３を移動させワークピース２１３の全面にイオンを分布させる、スキャナ（図示せず）も含んでよい。当業者であれば、イオン注入の間は、イオンビームが横切るパス全体が真空状態とされていることを理解されるであろう。イオン注入装置２００は、当業者に公知の追加コンポーネントを含んでよく、いくつかの実施形態においては、高温または低温イオン注入が組み込まれてもよい。

図２は、イオンビームブロッカユニットの側面断面図である。（破線で示す）イオンビームブロッカユニット２１６は、リボンイオンビーム２１２がワークピース２１３に対し注入を行うべくｚ方向に移動するパス上にある。イオンビームブロッカユニット２１６は、少なくとも１つのブロッカ３００を含む。各ブロッカ３００は、ブロッカ３００を矢印３０３で示すｙ方向へ移動させる駆動ユニット３０１に接続されている。ブロッカ３００が移動させられる距離は、リボンイオンビーム２１２のどの程度が、ブロックされるか、またはトリミングされるかに影響を及ぼす。駆動ユニット３０１は、圧電駆動素子または当業者に公知に何らかの他のシステムであってよい。ブロッカ３００は、グラファイトまたはリボンイオンビーム２１２を汚染しない何らかの他の物質を用いて作製される。

図３は、図２に示すイオンビームブロッカユニットの前方透視図である。図３もｚ方向に向かうリボンイオンビーム２１２を示すが、図３ではｚ方向は頁の手前に向かう方向である。図３では５つのブロッカ３００Ａ〜３００Ｅが示されているが、他の構成を採用することも出来、本実施形態は５つのブロッカに限定されない。ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅはアレイ状に配置されてよく、これによりリボンイオンビーム２１２を複数の位置でブロックする。駆動ユニット３０１はブロッカ３００Ａ〜３００Ｅをｙ方向に移動させる。各ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅは個別に移動させられてもよい。よって、ブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅは、ブロッカ３００Ｂ、３００Ｄよりも多くのリボンイオンビームをブロックまたはトリミングする。ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅのそれぞれのパターンは、所望されるパターン注入、リボンイオンビーム２１２の不均一性またはリボンイオンビーム２１２のどの程度がブロックまたはトリミングされる必要があるかによって変わる。ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅは、リボンイオンビーム２１２のパスから外れて移動させられてもよい。コントローラを用いて各ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅの配置または移動を決定してもよい。このコントローラは、リボンイオンビーム２１２の均一性、プロファイルまたは電流を検出出来る計測デバイスに接続されてよい。

長方形のブロッカ３００Ａ〜３００Ｅが示されているが、他の形状を採用することも可能である。例えば、各ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅは、リボンイオンビーム２１２をブロックまたはトリミングできる複数のクレネレーション（ｃｒｅｎｅｌｌａｔｉｏｎ）または歯を有していてよい。他のパターンまたは形状を採用してもよい。図４は、ブロッカの第２の実施形態を示す前方透視図である。ブロッカ３００は複数の歯３０２を含む。よって、各ブロッカ３００は、イオンビームの複数の部分をブロックすることが出来る。

図５は、注入が行われる太陽電池の前方透視図である。太陽電池１００は、第１ドース領域１０１および第２ドース領域１０２を有するＳＥ太陽電池の一例である。第２ドース領域１０２は、第１ドース領域１０１よりも高ドース量を有する。金属であってよい導電性の接触部を第２ドース領域１０２に適用することにより太陽電池１００を形成してよい。本明細書に開示する実施形態は、複数の注入工程を設けることなく第１ドース領域１０１および第２ドース領域１０２の両方に同時にドープすることを可能とする。

図６は、図３に示すイオンビームブロッカユニットを用いた、太陽電池に対する注入を示す上方透視図である。イオンビームブロッカユニット２１６のブロッカ３００Ａ〜３００Ｅは、図３に示すものと対応する。よって、ブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅは、ｙ方向の配置の違いにより、ブロッカ３００Ｂ、３００Ｄよりも多くのリボンイオンビームをブロックまたはトリミングする。ブロッカ３００Ａ〜３００Ｅの下流にあるリボンイオンビーム２１２は、リボンイオンビーム２１２の長い寸法またはｘ方向に亘り、第１電流領域１０３および第２電流領域１０４とへと分けられる。第１電流領域１０３は、ブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅにより、第２電流領域１０４よりもより多くブロックされ、結果的に、より低いビーム電流を有する。このことにより、より高いビーム電流を有する第２電流領域１０４は、太陽電池１００の（斜線で示される）第２ドース領域１０２を形成することが出来る。よって、太陽電池１００の第１ドース領域１０１は、リボンイオンビーム２１２のより多くの部分をブロックまたはトリミングし、第１電流領域１０３を形成するブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅの位置に対応する。太陽電池１００は、その表面の全体に注入が行われるよう、ｙ方向に走査されてもよい。

特定の一実施形態において、第２ドース領域１０２は、第１ドース領域１０１のドース量よりも３倍多いドース量を有する。一実施形態において、第１電流領域１０３を選択的に形成するブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅは、リボンイオンビーム２１２の３分の２をブロックする。特定の他の実施形態において、第１電流領域１０３も第２電流領域１０４も、ゼロではない電流を有する。本実施形態において、第１電流領域１０３および第２電流領域１０４は両方ともいくらかの電流を有する。よって、第１ドース領域１０１および第２ドース領域１０２は、ゼロより大きなドース量を有する。

図７は、図６に示す実施形態の、ｘ位置に対応するビームプロファイルを示すグラフである。図６は第１電流領域１０３および第２電流領域１０４を示しており、これらは図７においても示されている。ブロッカ３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅは、ビーム電流を減少させ、リボンイオンビームの第１電流領域１０３を形成する。

図８は、不均一なビームの、ｘ位置に対応するビームプロファイルを示すグラフである。リボンイオンビームのビームプロファイル４００は不完全、若しくは、不均一である。このようなビームプロファイルによって太陽電池または他のワークピースに対する注入に影響が及ぼされるかもしれないが、図３に示すブロッカ３００Ａ〜３００Ｅを用いてビームを削る（ｓｃｕｌｐｔ）または補正することが出来る。図８において破線で示すように、ビームプロファイル４００をブロックまたはトリミングすることにより、第１電流領域１０３および第２電流領域１０４を形成できる。よって、場合によっては太陽電池または他のワークピースの不正確なドーピングを引き起こすビームとなり得るものであっても、注入に用いることが出来る。いくつかのビームプロファイルにおいては、ブロッカは個別に制御してもよく、補正を目的とし、図３に示す鋸の歯状のアレイとは異なる特有のアレイであってもよい。ビームプロファイルが特に不均一である場合、個別の配置を用いることが出来る。

ブロッカを用いてリボンイオンビームの拡散を補正してもよい。リボンイオンビームを形成する荷電粒子が一因となり、この拡散又は「吹き上げ（ブローアップ）」が起こる。イオンビームブロッカユニットのブロッカは、リボンビームの拡散を軽減すべく、ワークピースまたは太陽電池に近接して載置される。イオンビームブロッカユニットとワークピースとの間での拡散を補正すべく計算し、リボンイオンビームの部分をブロックまたはトリミングするようブロッカの位置を決めてもよい。さらに、リボンイオンビームの部分が例えばブロッカに衝突するか、またはぶつかる時、ブロッカの材料により二次電子が生じ得る。これらの二次電子によって、リボンイオンビームの中和が促進される。リボンイオンビームが中和されればされるほど、リボンイオンビームの下流において引き起こされる「吹き上げ」は少なくなる。

１つの特別な利点は、イオンビームブロッカユニットのブロッカが可動式であることである。複数の注入される種、リボンイオンビームの様々な構成、異なる注入パターンまたは異なるワークピースに対し、単一の注入装置を用いることが出来る。ブロッカは、これらの様々なパラメータの変更に従って調整することが出来、これにより装置コストが削減される。イオンビームブロッカユニットによって、ワークピースに対する均一な注入が確実になることが他の利点である。ブロッカを個別に調節し、ワークピース上の様々な領域への注入を均一とすることが出来る。このことは、例えばステンシルマスクまたはフォトレジストを用いる技術よりも向上した技術である。その理由は、ステンシルマスクまたはフォトレジストを用いる方法は、イオンビームを調整することが出来ず、またはイオンビームの不均一性を補正することが出来ないからである。ステンシルマスクまたはフォトレジストを用いて選択的に注入を行うことが出来るかもしれないが、注入されるビームは不均一となり得る。

本開示は、本明細書に説明した特定の実施形態の態様に限定されない。実際に、本開示の他の様々な実施形態および変形例は、本明細書に説明されたものに加えて、上述した説明および添付の図面を参照することにより当業者に明らかとなるであろう。よって、それら他の実施形態および変形例は、本開示の態様の範囲に含まれるものとする。さらに、本開示は、特定の目的を達成するべく特定の環境における特定の実装例の文脈で本明細書において説明してきたが、当業者であればその有用性がそれらに限定されず、本開示は、無数の目的を達成すべく無数の環境において有益に実装することが可能であることが理解されよう。したがって、以下に示す請求項は、本明細書に説明される本開示の全範囲および態様を鑑みて解釈されるべきである。

Claims (20)

1. イオン注入方法であり、
   長い寸法を有するイオンビームを生成する段階と、
   前記長い寸法方向の複数の位置において、前記イオンビームの一部をブロックする段階と、
   前記ブロックする段階の後、第１ドース量および第２ドース量で、ワークピースに対し、前記イオンビームによる注入を同時に行う段階と
   を備え、
   前記ブロックする段階は、前記複数の位置で個別に制御され、
   前記第１ドース量は前記複数の位置に対応し、
   前記第２ドース量は、前記第１ドース量よりも多い、方法。
2. 前記イオンビームは不均一なビーム電流を有し、
   前記ブロックする段階において、前記ワークピースに亘り前記第１ドース量および前記第２ドース量で均一に注入を行う、請求項１に記載の方法。
3. 前記イオンビームに対し前記ワークピースを走査する段階をさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ブロックする段階は、前記イオンビームの拡散を補正する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 導電性の接触部を、前記第２ドース量で注入が行われる複数の領域に適用する段階をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１ドース量および前記第２ドース量は両方とも０より大きい、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. イオン注入方法であり、
   長い寸法を有するイオンビームを生成する段階と、
   前記長い寸法方向の複数の位置において、前記イオンビームの一部をブロックする段階と、
   前記ブロックする段階の後、第１ドース量を有する第１の複数の領域および前記第１ドース量より多い第２ドース量を有する第２の複数の領域を形成すべく、ワークピースに対し、前記イオンビームによる注入を同時に行う段階と
   を備え、
   前記ブロックする段階は、前記複数の位置で個別に制御され、
   前記第１の複数の領域は、前記ブロックする段階における前記複数の位置に対応する、方法。
8. 前記イオンビームは不均一なビーム電流を有し、
   前記ブロックする段階において、前記ワークピースに亘り前記第１ドース量および前記第２ドース量で均一に注入を行う、請求項７に記載の方法。
9. 前記イオンビームに対し前記ワークピースを走査する段階をさらに備える、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記ブロックする段階は、前記イオンビームの拡散を補正する、請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 導電性の接触部を前記第２の複数の領域に適用する段階をさらに備える、請求項７から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１ドース量および前記第２ドース量は両方とも０より大きい、請求項７から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. イオン注入方法であり、
    長い寸法を有するイオンビームを生成する段階と、
    前記長い寸法方向の複数の位置において、前記イオンビームの一部をブロックする段階と、
    前記イオンビームに対しワークピースを走査する段階と、
    前記ブロックする段階における前記複数の位置に対応する、前記ワークピースの複数の領域に第１ドース量で注入し、前記第１ドース量よりも多い第２ドース量で、前記ワークピースの残りの部分の注入を行う、パターン注入を行う段階と
    を備え、
    前記ブロックする段階でブロックする量は、前記複数の位置のそれぞれで個別に制御される、方法。
14. 前記イオンビームは不均一なビーム電流を有し、
    前記ブロックする段階において、前記ワークピースに亘り前記第１ドース量および前記第２ドース量で均一に注入を行う、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ブロックする段階は、前記イオンビームの拡散を補正する、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 導電性の接触部を前記第２ドース量を有する複数の領域に適用する段階をさらに備える、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第１ドース量および前記第２ドース量は両方とも０より大きい、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. イオン注入方法であり、
    長い寸法を有するイオンビームを生成する段階と、
    前記長い寸法方向の複数の位置において、前記長い寸法に亘り第１電流領域および第２電流領域を有するパターンイオンビームを形成すべく、前記イオンビームの一部をブロックする段階と、
    前記パターンイオンビームに対しワークピースを走査する段階と、
    前記ワークピースに対し、前記第１電流領域および前記第２電流領域によって同時に注入が行われるように、前記ワークピースに対し、前記パターンイオンビームによる注入を行う段階と
    を備え、
    前記第１電流領域は、前記第２電流領域よりも低い電流を有し、かつ、前記複数の位置に対応し、
    前記第１電流領域および前記第２電流領域の両方が、０よりも大きい電流を有し、
    前記ブロックする段階は、前記複数の位置で個別に制御される、方法。
19. ビームラインイオン注入装置であって、
    イオンビームを形成するイオンを生成するイオン源と、
    偏向されたイオンビームを、長い寸法を有するリボンイオンビームに変換する角度補正磁石と、
    前記長い寸法の複数の位置において前記リボンイオンビームの一部をブロックする、イオンブロッカユニットと
    を備え、
    前記リボンイオンビームは、前記ブロックされた後、第１ドース量および第２ドース量で、ワークピースに同時に注入され、
    前記第１ドース量は前記複数の位置に対応し、前記第２ドース量は前記第１ドース量よりも多く、
    前記イオンブロッカユニットは、前記ブロックすることを前記複数の位置で個別に制御する、装置。
20. 前記イオンブロッカユニットは、各々が駆動ユニットに接続された複数のブロッカを有する、請求項１９に記載の装置。

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