CN101490824A - 连续大面积扫描注入工艺的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种使用连续的大面积扫描注入工艺制造掺杂基底的方法。在一个实施例中，本方法包括在具有进口和出口的腔中提供一种可移动的轨道构件。本方法也可以包括提供包括第一多个瓦片的第一基底。本方法包括将包括第一多个瓦片的第一基底从入口转移到可移动的轨道构件上。对第一多个瓦片实施扫描注入工艺。本方法也包括在真空中保持包括第二多个瓦片的第二基底。本方法包括将包括第二多个瓦片的第二基底从入口转移到可移动的轨道构件上。本方法包括使用扫描注入工艺对第二多个瓦片实施注入工艺。

Description

连续大面积扫描注入工艺的方法与系统
相关申请的交叉参考
本直接的非临时的专利申请要求下列临时专利申请的优先权，其中的每一个为了所有的目的通过引证整体结合于此：2006年7月25日提交的第60/833,289号美国临时专利申请；2006年10月11日提交的第60/829,147号美国临时专利申请；2006年9月8日提交的第60/825,104号美国临时专利申请；以及2006年9月22日提交的第60/826,731号美国临时专利申请。
背景技术
根据本发明的实施例通常涉及包括用于使用大范围注入工艺形成基底(包括例如掺杂的基底)的结构和方法的技术。更具体地，本方法和系统的实施例提供了一种使用扫描注入工艺的、用于制造光伏电池的方法和系统。但是可以意识到，本发明具有更宽范围的适用性；它也可以应用到其他类型的应用中，例如集成半导体器件、光子器件、压电电子器件、平板显示器、微电子机械系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、执行器、集成电路、生物和生物医学器件等的三维封装。
在初期，人类依赖“太阳”来获得几乎所有有用的能量形式。这样的能量来自于石油、光源、木材以及各种形式的热能。仅仅举个例子，人类为了他们的许多需求，已经严重的依赖于诸如煤和汽油的石油资源。不幸的是，这种石油资源已经越来越枯竭，并导致了其他的问题。作为部分地替代品，已经提出了太阳能来减少我们对石油资源的依赖。仅仅举个例子，可以从通常由硅制造的“太阳能电池”来获得太阳能。
当硅太阳能电池暴露在太阳的太阳辐射下时产生电能。辐射与硅原子相互作用并形成电子和空穴，这些电子和空穴移动到硅体内的p掺杂区和n掺杂区并在掺杂区之间产生电压差和电流。取决于应用，已经将太阳能电池与集中元件集成在一起来提高效率。例如，使用引导这种辐射的集中元件，使太阳辐射积聚并聚焦到活跃的(active)光伏材料的一个或多个部分。尽管有效，但是这些太阳能电池仍然具有许多局限性。
仅仅作为一个例子，太阳能电池依赖于例如硅的原料。这种硅经常由多晶硅和/或单晶硅材料制成。可将杂质掺入这些多晶硅或单晶硅材料来形成光吸收区。
由于对于这种应用，注入工艺可能是低效且非最优的，因此这些材料通常难以制造。通常通过加工多晶硅板形成多晶硅电池。尽管可以有效地形成这些板，但是对于高效率的太阳能电池，它们不具有最优的特性。
对于高等级的太阳能电池，单晶硅具有合适的特性。然而这种单晶硅是昂贵的，并且对于太阳能应用，它也很难以高效率和低成本的方式使用。概括地，薄膜太阳能电池通过使用更少的硅材料而相对便宜，但是比起更贵的由单晶硅基底制造的体硅电池(bulksilicon cell)，它们的无定形或多晶的结构的效率更低。
通过本说明书和下面更详细的内容，可以找到上述的和其他的局限性。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了包括用于使用大规模注入工艺形成基底(包括例如掺杂基底)的方法、系统和结构的技术。更具体地，本方法和系统提供了使用扫描注入工艺的、用于制造光伏电池的一种方法和系统。在优选的实施例中，这种注入的杂质提供由施主(donor)基底中的裂开平面(cleave plane)限定的可转移的材料层。例如，在光伏应用中，可转移的材料层可以包括形成p-n结且能够用作光吸收体层的注入的杂质，例如如果材料层具有足够的厚度。在一个具体的实施例中，对于有效的薄膜太阳能电池，这些实施例的材料层(thickness of material-材料厚度)是足够的，并且如果足够厚，它们甚至可以作为对于使用诸如锯法(sawing)和切片工艺的当前方法制成的厚基底的更加节省成本的替代品。更薄的材料层也可以用作后续的外延生长工艺的单晶模板。但是可以认识到，本发明具有更宽范围的应用性；它可以应用在其他类型的应用中，例如集成半导体器件、光子器件、压电电子器件、平板显示器、微电子机械系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、执行器、集成电路、生物和生物医学器件等的三维封装。
例如在三维封装领域，足够厚的硅的薄膜转移到一个可释放的机械的硅处理基底上，这将允许一种商业化的实用方法，该方法将完全处理的CMOS(例如集成电路或IC)层释放到期望的基底上，或者作为可组成三维堆叠的或者分层的和互相连接的CMOS平面的多层结构的一部分。包含CMOS电路的释放的薄膜将由根据本发明的层转移工艺限定，其中通过高能注入而成为可能的更厚的薄膜将是特别令人满意的。这种使用注入/IC工艺/释放方法进行的三维工艺在共同转让的第6,291,314号美国专利(其因此通过参考结合于此)中更加全面地解释。
在具体的实施例中，本发明提供了一种用于制造基底的方法，该制造基底的方法使用连续等离子浸入(immersion)注入工艺，或者带有各种程度的离子质量选择或者非质量选择(mass selection ornon-mass selection)的离子雨(ion shower)注入工艺。本方法包括提供一个可移动的轨道构件。在一个腔(chamber)中提供该可移动的轨道构件。腔包括一个入口和一个出口。在具体的实施例中，可移动的轨道构件可以包括一个或更多的辊子、空气轴承(airbearings)、带(belt)构件、和/或可移动的梁(beam)构件来为扫描工艺提供一个或者更多的基底。本方法还包括提供第一基底。第一基底包括第一多个瓦片(tile)。本方法将包含第一多个瓦片的第一基底保持在真空中。本方法包括将包括第一多个瓦片的第一基底从入口转移到可移动的轨道构件上。第一多个瓦片经受扫描注入工艺。本方法还包括当注入第一多个瓦片时，将包括第二多个瓦片的第二基底保持在入口中。本方法包括一旦第一多个瓦片注入完成，就将包括第二多个瓦片的第二基底从入口转移到可移动的轨道构件上。本方法包括使用扫描注入工艺对第二多个瓦片实施注入工艺。
在具体的实施例中，本发明提供了一种使用高能直线加速器工艺形成一个或更多层转移工艺的基底的方法。本方法包括提供一个具有表面区的半导体基底。本方法包括使用高能直线加速器工艺、通过表面区的第一部分引入第一多个粒子，以引起在表面区下面的第一半导体材料层中的第一选择的裂开区的形成。本方法包括将高能直线加速器工艺扫描到表面区的第二部分，以通过表面区的第二部分引入第二多个粒子，以引起在表面区下面的第二半导体材料层中的第二选择的裂开区的形成。本方法继续通过表面区的其它部分引入多个粒子，以引起包括第一选择的裂开区和第二选择的裂开区的裂开区的形成。在具体的实施例中，本方法包括将在完整的裂开区附近内的半导体材料层裂开以从半导体基底上去除材料层。
在一个可选的具体实施例中，本发明提供了一种使用扫描工艺形成基底的方法。本方法包括提供一种可移动的轨道构件。本方法包括在可移动的轨道构件上提供包括多个瓦片的基底。本方法包括将基底保持在由腔提供的入口中。本方法也包括使用可移动的轨道将包括多个瓦片的基底转移到第一注入工艺的附近。在一个优选的实施例中，第一注入工艺包括第一扫描工艺，其特征在于第一气体、第一电压、多个第一离子核素(species)。本方法也包括对多个瓦片实施第二注入工艺。在一个优选的实施例中，第二中注入工艺包括第二扫描工艺，其特征在于第二气体、第二电压、和多个第二离子核素。在具体的实施例中，第一注入工艺和第二注入工艺在多个瓦片的每一个中的材料层(可以由裂开的平面限定)中提供杂质区。
在本发明的一个具体实施例中，提供了用于执行一个或更多的注入工艺的托盘(tray)装置。托盘装置包括框架构件。框架构件包括在框架构件的空间区域内的多个位置(site)。该多个位置可以被排列为一种阵列结构。例如，阵列可以具有6乘6的位置结构或者8乘8的结构，或者其它。根据应用，多个位置也可以被排列来保持3乘3的300mm晶片、5乘5的200mm晶片、或者6乘6的150mm晶片。托盘装置包括容纳于框架构件中的托盘构件来提供对多个可再用基底构件的支撑。备选地，排列可以是N×M或者其它。在优选的实施例中，每一个可再用基底构件可以包括例如含硅材料、锗材料、II/VI族材料、III/V族材料等的材料。在具体的实施例中，以为了防止在可再用基底元件上形成缺陷的方向提供托盘构件。
仅仅作为一个例子，为了控制注入到可再用基底中的核素的沟道效应，在特定的实施例中，以垂直方向、或者颠倒(upside-down，倒置)方向、或者在相对于注入方向(例如离子被注入到可再用基底的方向)成角度的方向设置托盘构件。例如在硅注入中，离开(100)表面法线大约7度的注入角通常被用来减小在沿着主要结晶方向注入期间注入的离子呈现的沟道效应。备选地，当以正交的几何方向注入时，可以以离主结晶方向一个角度来切割可再用的基底来达到相同的结果。在具体的实施例中，托盘可以面向远离重力的方向，虽然这可以有变化。在优选的实施例中，可以对多个可再用基底实施扫描注入工艺。可以进一步对多个可再用基底一起或者分开地实施结合和/或受控的裂开工艺。在具体的实施例中，可以处理多个基底以在每一个基底中形成p-n结。
在具体的实施例中，多个可再用基底构件中的每一个可以具有围绕每个可再用基底构件的外围区的注入护罩。这种注入护罩可以是无定形硅或者其他适合的材料。因此，在具体实施例中，在裂开以后，可以对剩余的可再用基底构件的裂开表面实施抛光工艺。在其他的实施例中，抛光工艺为剩余的基底构件提供了一个平坦的表面，用于后面的使用。
在可选的具体实施例中，本发明提供了使用待处理的多个瓦片等的扫描注入设备。该设备具有可移动的轨道构件，例如链子、机械的运动装置、带驱动和带。该设备至少具有一个连接至可移动的轨道构件的腔。在优选的实施例中，腔被用来容纳基底并将包括多个瓦片的基底保持在真空中或其他确定的环境中。在具体的实施例中，该设备具有一个注入装置，由至少连接至可移动的轨道构件的腔提供该注入装置。通过使用第一扫描工艺对所述多个瓦片施加多个粒子来提供所述注入装置，经由可移动的轨道构件、使基底穿过至少由所述腔提供的注入装置来执行所述第一扫描工艺。可以通过本说明书全文以及下面更详细的描述找到该设备的进一步细节。
使用本发明的实施例可以获得优于现有技术的许多优点。具体地，本发明的实施例使用一种包括可移动的轨道构件和托盘装置的连续的机械装置，为扫描工艺提供一种有效的方法。这样的扫描工艺可以包括，但是不限于注入工艺。在优选的实施例中，注入工艺在半导体的基底上提供一个杂质区，例如在由施主基底中的裂开的平面限定的可转移的材料层中。这个注入过的半导体基底，例如可转移材料层，可以被进一步处理来为诸如光伏器件、3D MEMS、IC封装、半导体器件、光电器件等的应用提供一种高质量的半导体材料。在优选的实施例中，本方法为高效率光伏电池等提供了单晶硅。在可选的优选实施例中，根据本发明的实施例可以提供一个种子层，该种子层可以进一步提供异质结构的外延工艺分层。其中，这种异质结构的外延工艺可以用来形成薄的多结(multiple-junction)光伏电池等。仅仅作为一个例子，GaAs和GaInP层可以异质外延地沉积在锗种子层上，该锗种子层是根据本发明的实施例使用注入工艺形成的转移层。
根据本实施例可以获得这些好处中的一个或更多。贯穿本说明书全文，下面将更详细的描述这些和其它好处。
附图说明
图1为示出了根据本发明实施例的形成基底的方法的简化工艺流程图。
图2为示出了根据本发明实施例的用于形成基底的连续工艺的系统的简图。
图3-10为示出了根据本发明实施例的用于形成基底的连续工艺的简图。
图11为示出了根据本发明实施例的用于形成基底的连续工艺的托盘装置的简图。
图11A为示出了根据本发明实施例的一种注入工艺的简图。
图12-14为示出了根据本发明实施例的用于形成基底的连续工艺的托盘装置的简图。
图15-19为示出了根据本发明实施例的形成层转移的基底的方法。
图20-22为示出了根据本发明实施例的形成太阳能电池结构的方法。
图23为示出了根据本发明实施例的硅厚度范围和太阳能电池应用分类的简图。
图24为示出了根据本发明实施例的质子模式的高浓度等离子源作为可以被用来形成厚结晶材料薄膜的源的例子的简图。
图24A为示出了显示出高H+含量的等离子体化学的质谱分析。
图25为示出了根据本发明实施例的用于形成基底的、集成到离子雨连续工艺系统中的远程等离子体源的例子的简图。
图26为示出了根据本发明实施例的质量选择的RFQ-Linac注入喷头的简图。
图27为示出了根据本发明实施例的使用横向和纵向扫描的、用于形成基底的连续工艺的简图。
图28为示出了根据本发明实施例的裂开工艺的简图。
图29a-c为示出了根据本发明实施例的连续注入和裂开系统的结合的简图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供了包括使用大规模注入工艺形成基底的方法和系统的技术。更具体地，本方法和系统提供了一种使用扫描注入工艺来制造基底(例如掺杂的基底，其可以被用作光伏电池)的方法和系统。在优选的实施例中，这种注入工艺为光伏器件的制造在半导体基底中提供杂质区。这种杂质区可以位于由施主基底中的裂开平面限定的可转移材料层。但是可以意识到，本发明具有更宽范围的应用；它也能够应用于其他的应用类型，例如在集成半导体器件、光子器件、压电器件、平板显示器、微机电系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、执行器、集成电路、生物和生物医学器件等的三维封装中提供杂质区(有源区，源/漏工程)。
在具体的实施例中，在连续工艺中形成基底的方法可以简要的概括如下：
1.提供基底构件，每个基底构件包括多个瓦片(例如可再用基底、体硅、体锗、其他的材料或构件)；
2.将包括第一多个瓦片的第一基底构件转移到真空环境中的可移动的轨道构件上；
3.将第一基底构件保持在真空环境中；
4.对第一多个瓦片实施扫描注入工艺；
5.完成对第一多个瓦片的扫描注入工艺；
6.将包括第二多个瓦片的第二基底构件转移到真空环境中的可移动的轨道构件中；
7.对第二多个瓦片实施扫描注入工艺；
8.一旦扫描注入工艺完成，从可移动的轨道构件上去除包括第一多个瓦片的第一基底构件；
9.一旦扫描注入工艺完成，从可移动的轨道构件上去除包括第二多个瓦片的第二基底构件；
10.加工其它所提供的基底，以及
11.根据需要执行其它的步骤。
上述步骤的顺序提供了根据本发明实施例的使用连续工艺形成基底的方法。如所示，本方法包括使用一个可移动的轨道构件来转移包括将在扫描工艺中被注入的多个瓦片的至少一个基底构件，对瓦片的注入发生在当基底被空间地移动穿过一个注入装置的处理头时。这个可移动的轨道构件提供了连续工艺以注入被提供在一个或多于一个的基底构件上的多个瓦片。也可提供其它可选方案，其中可以在不背离这里的权利要求的范围内添加步骤、去除一个或多个步骤、或者以不同的顺序提供一个或多个步骤。可以通过下面具体和更详细的说明发现本发明的其他细节。
如图1所示，本方法包括开始步骤101。此图仅仅作为一个例子而不应该不适当地限制这里的权利要求的范围。本领域的技术人员应该意识到其他的变化、改变和替换。本方法提供了一个或者更多的基底构件(步骤103)。每一个基底构件包括多个瓦片。在具体的实施例中，基底构件可以是一个托盘装置，其将在下面更详细地描述。可选地，基底构件可以是能够支撑两个瓦片以上的任何适合的构件和/或装置，该瓦片用作要被注入的材料。在一个具体的实施例中，托盘装置可以包括机械的、静电的，或者其他的附加构件来保持瓦片在适当的位置。在具体的实施例中，瓦片是使用层转移技术可重复地用于制造多层基底的体基底材料中的大部分。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，本方法还在腔中提供了可移动的轨道(步骤105)。作为一个例子，可移动的轨道可以是皮带装置或者是允许将基底从第一空间位置运送到第二空间位置和在第一和第二位置之间的其他位置的其他适合的装置。可移动的轨道装置适当地被设计为连接至一个注入工艺，它是基于腔的或者其他合适的装置。在特定的实施例中，可移动的轨道构件可以包括辊子、空气轴承、皮带、和/或可移动束。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
再次参考图1，本方法包括在一个容纳可移动的轨道构件的腔内提供一个真空环境(步骤107)。本方法将包括第一多个瓦片的第一基底构件保持在真空中(步骤109)。在一个具体的实施例中，第一多个瓦片可以包括例如硅晶片等的半导体基底。可以使用加载互锁(load lock)系统或其它来提供第一真空。本方法将包括第一多个瓦片的第一基底构件从腔的进口转移到可移动的轨道构件上(步骤111)。本方法包括对第一多个瓦片实施注入工艺(步骤113)。
在一个具体的实施例中，可以由等离子体浸入注入(PIII)系统提供注入工艺。其他的注入工艺可以包括那些使用离子雨、离子束，或者其他质量分离(或者非质量分离)技术。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
本方法包括当正在注入第一多个瓦片时，在真空环境中保持和排列包括第二多个瓦片的第二基底构件(步骤115)。本方法将包括第二多个瓦片的第二基底转移到可移动的轨道构件上(步骤117)。本方法包括在完成注入第一多个瓦片(步骤119)后，对第二多个瓦片实施注入工艺(步骤121)。本方法包括完成第二多个瓦片的注入(步骤123)并继续处理所提供的其他基底。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
根据本发明的实施例，上述步骤序列提供了使用连续工艺形成基底的方法。如所示的，本方法包括使用可移动的轨道构件来转移包括将要在扫描工艺中注入的多个瓦片的至少一个基底构件，该注入多个瓦片发生在当将基底空间地移动穿过注入装置的处理头时。这个可移动的轨道构件提供了用于注入被提供在一个或更多基底构件上的多个瓦片的连续的工艺。也可提供其它可选方案，其中可以在不背离这里的权利要求的范围内添加步骤、去除一个或多个步骤、或者以不同的顺序提供一个或多个步骤。可以通过下面具体和更详细的说明而发现本发明的其他细节。
图2为示出了根据本发明实施例的使用连续工艺形成基底的系统200的简图。这张图仅仅是一个例子而不应该不适当地限制这里的权利要求的范围。本领域的技术人员应该意识到其他的变化、改变和替换。如图2所示，本系统包括提供至少一个基底构件201。每一个基底构件包括布置在其上的多个瓦片203。在具体的实施例中，多个瓦片中的每一个包括例如硅晶片的半导体基底。本系统也包括一个入口207和一个出口217。在特定的实施例中可以使用加载互锁系统提供入口和出口。提供入口以在注入装置213中对多个瓦片实施注入工艺之前，准备和临时存储包括多个瓦片的基底构件。如所示的，注入装置被容纳在工艺腔215中。提供第一门209以允许将包括多个瓦片的基底构件装载到入口。在入口和工艺腔215之间提供进口211。还在工艺腔215和出口217之间提供出口门221。一旦注入工艺完成，第二门223允许从出口移除基底构件。在具体的实施例中，注入装置提供一种扫描注入工艺。这种注入装置可以是由例如Applied Material公司等制造的束线离子注入设备。可选地，可以使用等离子体浸入离子注入(PIII)技术、离子雨，以及其他的质量分离和/或非质量分离技术提供注入，其对于根据具体实施例的大表面区是非常有效的。如所示的，注入装置包括离子注入头215来提供将被注入多个瓦片中的杂质。本系统还包括一个可移动的轨道构件219。在特定的实施例中，可移动的轨道构件可以包括辊子、空气轴承，或者可移动的轨道。可移动的轨道构件219为扫描注入工艺提供了基底构件的空间运动。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
图3-10示出了根据本发明实施例的使用连续工艺形成基底的简化方法。这些图仅仅是一个例子而不应该不适当地限制这里的权利要求的范围。本领域的技术人员应该意识到其他的变化、改变和替换。如图3所示，提供至少一个(N个，N≧2)基底构件。将包括第一多个瓦片305的第一基底构件303通过第一门209(在如所示的开放位置)转移到入口207，而注入工艺装置的入口211仍然关闭着。将包括第一多个瓦片的第一基底构件保持在由入口提供的真空中并关闭第一前门，以允许如图4所示的排空(pump down，排气降压)工艺。之后，如图5所示，使用可移动的轨道构件将包括第一多个瓦片的第一基底构件通过进口转移到容纳注入装置的工艺腔215。
如图5所示，对第一多个瓦片实施注入工艺501。在优选的实施例中，注入工艺使用一种扫描工艺。如所示的，由可移动的轨道构件提供这种扫描工艺，就是说，当注入装置提供将要注入到第一多个瓦片的表面区的杂质时，允许移动的轨道构件提供空间运动。同时，关闭进口211并且对入口进行通风并恢复到大气压，以及将包括第二多个瓦片703的第二基底构件701装载入入口，如图7所示。当等待对第一多个瓦片的注入工艺完成时，将包括第二多个瓦片的第二基底构件保持在入口提供的真空环境中。如图8-9所示，将包括第二多个瓦片的第二基底构件转移到注入装置。如图9-10所示，一旦注入工艺完成，通过开启出口门221将包括第一多个瓦片的第一基底构件转移到排空的出口217。当注入第二多个瓦片且出口门221关闭时，可以将出口恢复到大气压，并且包括第一多个瓦片的第一基底构件被从出口移除并被实施进一步的处理。本方法继续对提供的包括多个瓦片的其他基底构件进行处理。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
参考图11，示出的是根据本发明实施例的用于使用连续工艺执行一个或更多注入工艺的托盘装置1100。在具体的实施例中，该托盘装置可以具有大约1米乘1米的长度。如所示的，托盘装置包括容纳在框架构件1101中的托盘构件1103。框架构件包括多个位置(site)1105。多个位置中的每一个包括待注入的可再用的基底构件1107。可再用的基底构件可以包括含硅材料，它在某些实施例中可以是施主基底。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
图11A为示出了根据本发明实施例的实施注入工艺的瓦片的简图。这张图仅仅是一个例子而不应该不适当地限制这里的权利要求。本领域的技术人员应该意识到其他的变化、改变和替换。如所示的，屏蔽掩模(shadow mask)1121用于通过掩盖接近基底边缘的外围区1125来限制对瓦片的中心区1123的注入。如所示的，还为瓦片提供圆形的边缘1127。为瓦片提供的圆形的边缘1127和屏蔽掩模的结合允许后续的CMP/抛光注入损害去除工艺来去除所有区域(包括边缘区)中的注入损害。在边缘区具有组合的注入剂量将导致起泡、微粒、和可导致质量问题的其他问题。根据本发明的具体的实施例，屏蔽掩模可以是能够周期性地重新涂敷或替换的无定形硅涂敷的框架。如果不利用完全热裂开(thermal cleaving)方法，通过允许插入刀片、针、或者其他的机械装置来传导(impart)裂开应力，圆形的边缘也可以在受控的裂开工艺的初始和传播过程中提供帮助。
在具体的实施例中，以阵列结构设置多个位置。如图11所示，可以将多个位置配置为8乘8的位置阵列。可以将多个位置配置为6乘6的位置阵列。在具体的实施例中，将多个位置配置为包括3乘3的300mm的晶片。在可选的实施例中，将多个位置配置为包括5乘5的200mm的晶片。在另一可选的实施例中，将多个位置配置为包括6乘6的150mm的晶片。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
托盘装置可以被配置在一个合适的方向上，以使注入工艺最小化瓦片表面上的缺陷(例如，粒子或其他的污染物)的形成。如图12所示，这种方向包括相对于注入喷头1201的垂直方向。这种方向也可以包括如图13所示的倒置的方向，或者如图14所示的成角度的方向。当然，基底的数量和托盘装置的方向取决于应用，以及取决于控制这种效应作为基底内注入核素的沟道效应(channeling)的可能的需要。本领域的技术人员可以意识到多种变化、改变和替换。
有效地，注入工艺穿过施主基底1500的顶面1505将某种高能粒子引入到某一深度1501，其限定了如图15所示的表面的半导体材料层1503。取决于应用，根据优选的实施例，一般选择小质量的粒子来减小对材料区破坏的可能性。就是说，小质量的粒子容易在基底构件中传播，而基本不破坏粒子经过的材料区。例如，更小质量的粒子(或高能的粒子)可以几乎是任何带电的(例如正或负)或是中性的原子或分子，或者电子等。在具体的实施例中，粒子可以是中性的或者带电的的粒子，该粒子包括例如氢离子和它的同位素的离子、稀有气体离子，例如氦和它的同位素、氖或者其他的离子，这取决于实施例。也可以从混合物(例如气体：例如氢气、水蒸气、甲烷和氢的混合物)以及其他轻原子质量的粒子中获得粒子。可选地，粒子可以是上述粒子，和/或者离子和/或者分子核素和/或者原子核素的任意组合。这些粒子一般具有足够的动能来穿透表面，以达到表面下面所选择的深度。
例如，使用氢作为注入到硅晶片中的核素，使用扫描工艺、使用具有大约450mm宽度的离子喷头的离子雨系统提供注入工艺。使用特定的一组条件来执行注入工艺。对于更浅的注入应用，例如转移的薄膜用作外延增厚模板，例如，由H3+提供的离子流密度可以是每平方厘米20微安或者每平方厘米每秒1.25 x 1014H3+离子或者每平方厘米每秒3.75 x 1014H+离子。对于在硅晶片内大约每平方厘米2 x 1016氢原子的注入剂量，对通过450mm宽度的任何表面区的扫描时间可以花费约53秒钟。注入温度范围从大约-20摄氏度到大约600摄氏度，并优选地小于大约400摄氏度来防止大量的氢离子从注入的硅晶片中散射出来的可能性。氢离子可以以大约±0.03到±0.05微米的精度被选择性地引入到硅晶片中到达所选择的深度。注入工艺的同时加热硅晶片可以提供某些好处。这些好处中的一个包括最优化后续的层转移工艺。可以通过使用安装在框架组件中的热板传导热量来加热硅晶片。在具体的实施例中，可以通过使用两个相反的触头使合适的电流穿过瓦片，使用利用了该瓦片的电阻特性的电阻加热工艺来加热瓦片。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，使用更高的注入能量，具有相对纯净的质子注入(正或负带电的)以允许可再用的基底中的裂开平面的最大范围是特别有用的。例如使用硅，注入的范围可以相当的大，且跨度为从用于模板形成光伏吸收器(其中需要后续的外延生长电压来最大化吸收器效率)的几keV到测量的几百微米厚度的、用作太阳能电池的晶片原材料的所生产的基底的几MeV。总的范围通过使用例如SRIM 2003(Stopping Range In Matter)、蒙特卡罗仿真程序(http://www.srim.org/)来计算。下面将进一步详细描述提供的可以由质子注入获得的硅薄膜厚度范围。
在具体的实施例中，范围从大约13nm到大约3um的硅薄膜厚度可以通过使用能量从大约10keV到大约300keV的质子注入能量获得。上述的范围允许可用作同质外延(homoepitaxy)和异质外延(hetero epitaxial)生长模板以形成太阳能电池的晶体外延材料的有效转移。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，范围从大约1um到大约50um的硅薄膜厚度可以通过能量范围从大约120keV到大约2.1MeV的质子注入能量获得。这种厚度范围的硅薄膜可以被分离来提供足够厚的单晶硅膜层来形成直接具有高效率的薄膜太阳能电池。也就是说，所形成的单晶硅厚度范围不需要进一步变厚以用作太阳能电池应用中的高效的光吸收体层。诸如前/后接触(contact)构造(formation)的用于最大化薄膜硅太阳能电池效率的技术使用双边通道(two sidedacess)制造和光散射层来在薄膜光吸收器层内捕获更多的光，该技术已经很好的发展并可以和分离层结合使用。这种技术被很好的包括在，例如Rolf Brendel(2003 Wiley-VCH Verlag Gmbh&Co.，KGaA，Weinheim)的“Thin-Film Crystalline Silicon Solar Cells-Physics andTechnology(薄膜晶体硅太阳能电池-物理和技术)”，其通过参考结合于此。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，可以使用能量范围从大约2.1MeV到大约5MeV的质子注入来形成范围从大约50um到大约200um的硅薄膜厚度。这种硅薄膜厚度范围允许可以用作独立的硅基底的单晶硅基底层等价物层的分离。厚度范围在50um到200um的单晶硅基底可以被用来替代使用晶片锯开、刻蚀和抛光工艺的本方法。与本技术中的大约50％的切口损失(切口损失被定义为在切割和切片(wafering)操作过程中的材料损失)相反，注入裂开技术几乎无切口损失，导致相当大的成本节约和材料利用率的提高。高于5MeV的能量可以被用来制做半导体工艺的可选的基底材料，但是在太阳能电池制造中，对于体硅太阳能电池的形成，要求200um的硅太阳能电池材料的厚度。结果，根据一具体的实施例，更厚的硅基底对于制造太阳能电池没有引起特别的商业兴趣。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
对于质子注入，图23示出了硅厚度的范围和硅太阳能电池吸收器应用的分类。这个MeV范围的注入条件已经被Reutov等(V.F.Reutov和Sh.Sh.Ibragimov，“Method for Fabricating Thin SiliconWafers”(薄硅晶片的制造方法)”，苏联发明者认证第1282757号，1983年12月30日)公开。在这个公开中，公开了使用带有可选的注入和注入后的可再用的基底加热的高达7meV的质子注入，以产生分离的厚度高达350um的硅晶片。术语“分离的或转移的硅层”在本上下文中的意思是由注入的离子范围形成的硅薄膜层可以被释放到独立的状态，或者释放到持久的基底或释放到用于最终用作独立的基底或最终安装到持久基底上的暂时的基底。当然，用于处理和加工薄膜的具体的工艺将依赖于具体的电池工艺和应用。
在具体的实施例中，在质量或者非质量分离的系统中使用质子注入将从高密度的质子离子源受益。在Silicon Genesis公司研发了一个这样的使用带有尖端(cusp)磁性限制的感应-连接的等离子体(ICP)激发的等离子的源。这种技术在第6,300,227号美国专利中描述，其为了所有的目的通过参考结合于此，并且其共同转让给加利福尼亚圣何塞的Silicon Genesis公司。这种叫做质子模式的等离子体模式有效地使更高阶的氢等离子核素(H2+，H3+)破裂来产生等离子体密度通常超过每立方厘米1e10H+离子数的高纯度的H+等离子体化学物。图24-24A显示了来自美国专利第6,300,227号的2幅典型图，显示了高H+浓度的等离子化学物的质谱分析仪和在等离子体浸入的离子注入的实施例中的等离子体源的截面图。这个源可以有利地用作离子雨系统中的远程等离子体源，来注入H+离子以加速并注入到目标基底或者多个基底。远程等离子源可以被用在现有的离子雨注入头，例如日本东京的Ishikawajima-HeavyIndustry(IHI)建立的ISDR离子掺杂系统或者其他离子雨系统。例如在IHI系统中，一个热的细丝(filament)等离子体激发仅能使氢破裂为主要的H3+等离子体化学物。尽管由于由H3+离子提供的每注入流三倍的有效地质子剂量的比率，这可能对于更低能量应用(即，外延生长模板薄膜方式(regime))提供离子剂量比率优势，但是，因为有效地质子能量是H3+注入能量的1/3，穿透范围显著地更浅。对于更深的应用，有必要将注入能量3倍增长。尽管这是可能的，但是高电压设备费用随着加速电势是超直线的增加的。高密度H+离子源的使用将有利地限制最大的要求能量小于5MeV。图25示出了根据本发明的优选的实施例的，为了H+注入，诸如将H+离子注入到离子雨头的质子模式的远程的等离子源。可选地，微波源或其他的可以产生适当的等离子体化学物的源也可以被使用。在另一实施例中，如果离子范围仍然在特定的离子雨系统的注入能量范围之内，产生主要的H2+或H3+等离子体化学物的不同的等离子体源也可被用来改善离子剂量比率。当然，所使用的特定的等离子体化学物和加速电势将依赖于具体的应用。
Reutov等也公开了通过加热可再用的基底(在具体公开中是块铸锭(ingot))到可以更加有效利用所注入的质子的适当的温度来减少用于分离所必要的质子剂量是可能的。在描述的实施例中，通过使铸锭承受750K的注入温度，以及注入后的持续大约40分钟850K的退火温度，完全分离350um的硅晶片所必须的室温剂量从每平方厘米5e17质子数减少到每平方厘米5e15质子数。报告的减小100倍的有效剂量可以对更薄的薄膜的加工和生产率具有本质的影响。因此，结合注入剂量和能量，注入和注入后加热处理的结合可以被用来发展节省成本的商业工艺。
使用利用了等离子浸入离子注入或者离子雨技术的大面积注入器，尤其是非质量选择注入器，可以通过硅表面联合注入杂质。例如，铁的注入可以显著降低所得到的硅吸收体层的有效少数载流子的寿命，并且从而导致所不期望的电池转换效率的降低。由于氢的更大的注入范围，可以利用一个屏蔽层阻止铁进入晶体硅薄膜。屏蔽层必要的厚度将取决于注入能量、被屏蔽的杂质、以及屏蔽材料。使用二氧化硅作为屏蔽层以及铁作为杂质，3000keV的注入应该需要大约0.3um的二氧化硅厚度来完全阻止铁，而5MeV的基底应用将要求3.5um到4um厚的二氧化硅层。这个层可通过诸如HF剥离的化学剥离除去，或者经过抛光步骤或者在电池制造过程中始终保持。
高能注入系统的生产率和技术可行性可以利用以下的例子评估。这个例子是具有由系统的100kW的总功率限定的总的束电流密度的离子雨，其被传递到正被注入的可再用的基底区。这样，束电流密度被注入能量依比例决定，以将传递到可再用的基底表面的能量限制到一个恒功率通量(power flux)，这是因为更高的功率通量密度会损坏硅以至于对于它作为太阳能电池材料的预期目的不能实现。假设注入面积是0.45米乘1米，接近第四代平板显示离子掺杂系统的离子雨喷头尺寸。如果可再用的基底尺寸是150平方毫米，大约18个基底，每一个都具有225平方厘米的可以被同时注入的面积。因此功率密度是100kW被总的被注入的基底面积来除，或者被18 x 225平方厘米来除，或者每平方厘米24.6瓦。这完全在硅的安全功率密度范围内，并且对注入的硅基底不会产生任何破坏。低能模板方式(regime)中使用6e16cm-2作为剂量，以及在高能模板方式中使用5e15cm-2作为剂量。产生超过每小时3000基底(3000Angtrom厚度)的合理的基底注入加工速率，每小时850基底(50um厚度)以及超过600基底(100um厚度)。结合注入以及注入后的退火，对于分离厚薄膜可得的减小的剂量的重要性在本示例中容易意识到。
在另一个具体的实施例中，质量选择的高能注入方法也可以具有实际用途。在具体的实施例中，如果可以由适当的束密度得到，则可提供质量选择的高能注入。为了节省成本，注入束电流可以与几十个毫安的H+或H-离子束电流相类似(如果系统可以有效地注入更高的能量，可以有利地利用H2+离子以达到更高的剂量比率)。根据具体的实施例，可以通过使用射频四极(quadrupole)直线加速器(RFQ-Linac)或者漂移管直线加速器(DTL)技术得到这种质量选择的注入设备。这些设备一般从例如加利福尼亚的普莱森顿的Accsys Technology公司或者也可以是其他的公司得到。根据具体的实施例，这些方法使用提取的质子束的RF加速来增加质子束的总能量，其范围从大约20-100keV到0.5-7MeV或者更多。就是说，输出束通常是在直径上相似于几个毫米，并且对于在这种应用中的使用经常要求在一侧使用扩展到相似于几百个毫米、到一米或者更多的束，以防止碰撞在目标表面上的功率通量变得太大并且可能过热或者破坏目标表面。使用这些技术得到的质子流可以高达100mA或者更多。图26显示出RFQ-Linac质量选择的离子雨源。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
举一个具体的例子，假设质子束功率是100kW，一个3.25MeV的RFQ-Linac可以产生大约31mA的质子束电流。根据具体的实施例，使用大约每平方厘米1e16H的剂量，以及约500mm x 500mm的扩展的束，每小时处理的面积大约为7平方米，而功率通量被保持在大约每平方厘米13瓦。这种参数的结合使这种方法对于节省成本的太阳能电池生产尤其实用。再次，可以有其他的变化、改变和替换。利用直线加速器技术的、高能的基底注入在2007年1月26日提交的第60/886,912号美国临时专利申请，以及2006年11月8日提交的第60/864,966号美国临时专利申请中论述，这两个中的每一个都与本发明共同转让，并且为了所有目的通过引用整体结合于此。
注入的粒子可以在所选择的深度沿着平行于基底顶面的平面增加应力或者减少断裂能量。这种能量部分地依赖于注入的核素和条件。这些粒子在所选择的深度减少基底的断裂能级。这为在所选择的深度沿着注入的平面的受控的裂开作准备。注入可以发生在使得在基底所有内部位置的能量状态足够发起基底材料中非可逆的断裂(例如，分离或裂开)的条件下。然而应该注意的是，注入一般的确导致在基底上的一定数量的缺陷(例如，微缺陷)，典型地，这种基底至少部分地被后续的热处理来修理，例如热退火或者快速热退火。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
因此，在注入后，如图16所示，使用提供在裂开平面1603的所选择部分的能量1601，对每一个施主基底实施裂开工艺。依赖于具体的实施例，可以有其他的变化。例如，裂开工艺可以是受控的裂开工艺，其使用传播的裂开前端(front)来选择性地释放材料层。也可以使用备选的裂开技术。这些技术包括但不仅仅限于那些称为：加利福尼亚圣何塞的Silicon Genesis公司的NanocleaveTM工艺、法国Soitec SA的SmartcutTM工艺、以及日本东京Canon公司的EltranTM工艺、以及相似的工艺等。之后根据优选的实施例，该方法去除施主基底剩余的部分，这些剩余部分也可以被用作另外的施主基底。
分离薄膜的方法是薄膜的厚度和它在不附着至机械基底的情况下被处理和加工的能力的函数。例如对于用来外延模板生长的非常薄的薄膜，为了避免破坏薄膜，将薄膜临时地转移到一个永久基底上是必要的。对于厚度超过大约50um的材料薄膜，可以以独立的方式处理薄膜，以用于制造太阳能电池。对晶体的太阳能电池应用中的3-50um的薄膜使用临时的基底，这对接近(accesss)和加工分离的薄膜的两侧来最优化所得到的光伏器件是有帮助的。将薄膜永久的结合并转移至永久的基底上也可以有助于简化薄膜处理过程。当然，转移基底的精确选择和电池制造工艺流程取决于应用。
在具体的实施例中，每一个包括材料层的施主基底可以附着或结合到处理基底1701上，以形成结合的基底结构。在具体的实施例中，处理基底可以是硅晶片。在一个可供选择的实施例中，处理基底可以是透明的基底，例如石英或者玻璃。当然使用的处理基底取决于应用。如图17所示，处理基底被结合到原始基底的表面区。可以使用电子视觉组(Electronic vision group)制造的EVG结合工具，或者其他的用于诸如200mm或300mm直径晶片的更小基底尺寸相似的工艺来结合基底。也可以使用例如那些由Karl Suss制造的其他类型的工具。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
因此在结合后，可以对结合的基底结构实施根据具体实施例的热处理。在具体的实施例中，热处理可以是使用诸如连接至处理基底的热平板的加热元件的烘烤处理。在可选实施例中，热处理可以是使用诸如连接至原始基底的热平板的加热元件的烘烤处理。热处理提供了通过施主基底的一部分厚度和处理基底的一部分的温度梯度。另外，热处理在预定的温度将结合的基底结构保持预定的时间。优选地，根据优选的实施例，温度范围从大约200或者250摄氏度到大约400摄氏度，最好在大约350摄氏度，经历约1个小时左右，以使硅施主基底和处理基底持久地互相结合。依赖于具体的应用，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，使用低温热措施将基底结合或者熔合到一起。低温热处理一般确保注入的粒子不会在材料区施加过多的应力，该应力可以产生不可控的裂开动作。在具体的实施例中，通过自结合(self-bonding)工艺发生低温结合过程。
可选地，可以使用多种其他的低温技术将施主基底表面区结合到处理基底。例如，静电或者阳极结合技术可以被用来将两个基底结合到一起。特别地，对一个或两个基底表面充电来吸引另一个基底表面。另外，可以使用各种其他的公知的的技术将施主基底表面熔合到处理基底。当然，使用的技术依赖于应用。
参考图18，本方法包括：当材料层仍然结合在处理基底上时，使用设置在裂开平面的选择的部分的能量1801来发起裂开工艺，以从原始基底上分离半导体材料层。根据具体的实施例，可以有某些其他的变化。例如，裂开工艺可以是受控制的裂开工艺，当材料层仍然结合在处理基底上时，其使用传播的裂开前端来选择性的从施主基底释放材料层。也可以使用可选的裂开技术。这种技术包括但是不限于那些称为：加利福尼亚圣何塞的Silicon Genesis公司的NanocleaveTM工艺、法国Soitec SA的SmartcutTM工艺、以及日本东京Canon公司的EltranTM工艺、以及相似的工艺，还有其他的。根据具体的实施例，这个方法然后去除施主基底剩余的部分，该施主基底已经为处理基底提供了材料层。根据优选的实施例，施主基底的剩余部分可以作为其他的施主基底再次使用。当然，可以有其他的变化、改变和替换。在具体的实施例中，诸如光伏器件的器件可以形成在材料层中。在以Henley，Francois J.的名义共同转让的于2006年3月17日提交的列为美国临时的序列号60/783586的另一个的应用“Method and Structure for Fabricating Solar Cells Using aLayer Transfer Process(使用层转移工艺制造太阳能电池的方法和结构)”中更全面的描述了这种应用，其通过引用整体结合于此。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
再次，使用H3+离子作为杂质注入单晶硅为例。注入能量设置在100keV。硅材料层可以具有大约250nm的厚度。需要加厚工艺来加厚硅材料以提高在其上制造的太阳能电池的效率。加厚工艺可以是使用高温或者低温生长工艺的直接外延工艺。加厚工艺也可以包括沉积在硅材料层上的无定形硅或多晶硅，跟在后面的是液相或固相的外延再生长工艺。可选地，可以使用更高能量的注入工艺以允许转移足够厚的吸收体层。为了使用氢和/或氦注入来形成裂开平面，可以使用大约500keV的注入能量或者更高。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
有效地，注入工艺引入某种高能的粒子穿过半导体基底的顶面到达某一深度，这从表面限定了半导体材料层中的杂质区。用硅基底作为例子。硅基底经常被提供为具有某种杂质，例如，P型。可以以大约是1E16-1E20原子cm-3的硼浓度来提供P型杂质，以提供0.005-50ohm-cm的电阻率。对于这种晶片，在具体的实施例中，可以注入P型杂质来在基底表面的附近区形成重掺杂的P+区。在某实施例中，可以从前体(precursor)中得到硼粒子，例如BF3或者BCI3等等。依赖于应用，硼核素通常是被提供了预定的动能来穿透硅基底的选择的深度。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
使用BF3作为被注入到硅晶片中的核素为例，可以使用应用扫描工艺的具有450mm宽度的离子雨喷头的离子雨系统提供注入工艺。可以以能量大约是100keV、剂量为大约每平方厘米5 x 1014离子来提供硼，以提供每立方厘米1020个原子的硼浓度，来到达硅中大约400nm至大约500nm的深度。对于在硅晶片中的注入剂量大约为每平方厘米5 x 1014个硼原子，对于任何表面区穿过45nm宽度的扫描时间大约需要55秒。注入温度范围从大约-20到大约600摄氏度，并且优选的是小于400摄氏度，以防止大量的掺杂离子扩散出注入的硅晶片的可能性。硼离子可以被选择性地引入到硅晶片中以大约为±0.005到±0.15微米的精度到达所选择的深度。在注入后，通常对硅晶片实施退火工艺来分布(distribute)和电激活基底中的掺杂粒子。当然，使用的离子类型和加工条件取决于应用。
取决于于应用，可以有变化，例如，一种N型杂质可以注入在P型半导体基底表面附近的深度s处。在具体实施例中，这种杂质粒子被提供在预定的深度。这种N型杂质可以包括磷、砷、锑或者其他适合的元素。以磷作为注入的核素为例。可以至少使用PH3作为前体提供磷核素。可以以数十keV到几个MeV提供注入能量。例如，可以由P+在大约100keV、以每平方厘米1 x 1014个原子的剂量提供注入，以提供大约150nm的平均注入深度以及大约每立方厘米1019个原子的浓度。注入通常导致基底中的一定量的晶体位错(dislocation)以及其他微缺陷。使用后续的热处理，例如，热退火、快速热退火，可以至少部分地修复这种缺陷。在具体的实施例中，N型杂质在P型半导体的一层上提供至少一个pn结。该至少一个的pn结可以被用来制造器件，例如在某个实施例中的太阳能电池器件。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
图20-22是示出的根据本发明的实施例的制造太阳能电池的方法的简图。如图20所示，注入到半导体基底中的杂质在半导体基底表面附近的一层中提供了一个p-n结2001或者多个p-n结。在优选的实施例中，可以使用这个p-n结或者多个p-n结在半导体基底的层上形成诸如光伏电池结构的器件。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
如图21所示，本方法在半导体基底表面区上形成接触层2101，该半导体基底表面区包括在其中至少形成了一个光伏电池结构的材料层中的p-n结。这个接触层可以由诸如ITO等适合的光学透明的传导材料制成。其他的材料也可以被使用。在优选的实施例中，接触层被图案化来形成连接至每个光伏电池的多个电极。如果光伏电池被从反面照射，接触层可以对于传输是不透明的，并且通过允许贯穿电池的回路，优选的高反射性有助于最大化光收集效率。众所周知的，通过在电池内部将光从反射(specular)的转换到朗伯(Lambertian)的来造成具有更好的全部的光吸收和转换的多次内部反射，使该表面具有纹理以进一步优化效率。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，如图22所示，本方法也在图案化的接触层上形成具有表面区2203的平坦的介电层2201，该图案化的接触层包括至少一个光伏电池。这个介电层可以包括例如使用CVD工艺等沉积的二氧化硅的材料。在具体的实施例中，介电材料基本上是光学透明的，以允许电磁辐射透过介电层或多个介电层。图22示出了一个简化的光伏电池结构2200。之后，根据具体的实施例，光伏电池的结构可以进一步加工并组装到太阳能电池模块或者太阳能电池组件中。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
以下面举例的方式描述本发明的另一个实施例。RFQ-Linac的一个用途是利用在扩束之后的地方，这个源形成500mm x 500mm的固定的离子束(这也可以被称作质量选择的离子雨喷头或者其他的适合的并可以被本领域技术人员理解的术语)。在对于排列在一个大约1米乘1米的托盘中的多个瓦片大量生产的具体的实施例中，该束不足以扫描瓦片托盘的宽度，因此在工艺腔中进行横向的和纵向的扫描工艺。图26显示了根据本发明一个实施例的一个RFQ-Linac质量选择的离子雨源。这个离子束被扩展但是包括注入区的X-Y扫描，如果这个区超过了扩展了的离子束的尺寸的话。例如，束扫描的一个优点是通过离子通量平均来消除束通量和空间能量的非均匀性，该平均是通过在离子雨束上积分目标表面的每一点都被均匀地扫描过的总剂量。图27通过对离子雨束在注入工艺腔中碰撞到在托盘中排列的6x6硅瓦片阵列上的X-Y扫描，显示了注入剂量标准化的概念。束通量平均将允许裂开工艺在它使用相同工艺条件来发起和传播在所有的瓦片以及在每一个瓦片中的裂开工艺的能力方面变得更加可预测和均匀。通过扫描可能具有略微不同的束入射角或者将产生，缺少任何平均，不断地恶化瓦片表面平面度的能量的束的所有的部分，空间能量平均应该有利于帮助在所有的瓦片上以及在每一个瓦片之中达到高度统一的平均的分离厚度。这将使更频繁的瓦片抛光或者研磨(lapping)来恢复平坦的表面成为必要。当然，根据本发明另外一个实施例，使用专门的束通量和扫描轮廓可以引入对于达到图案化的注入受控裂开工艺的可预测的剂量均匀性。这种图案化的注入裂开技术在第6,290,804号和第6,248,649号美国专利中更加全面的被描述，共同转让，并且通过参考结合于此，但也可以是其他的。
虽然刚刚描述过的实施例采用一个延伸的、固定的束以及注入面积的X-Y扫描，本发明不限于这个具体的例子。根据本发明可选的实施例可以利用一个更窄的束，与束自身的两个或者一个扫描运动、以及托盘的物理运动结合。再次，束和/或托盘的运动速度可以允许注入到整个目标区，以及在整个注入区平均束通量。
一旦在正被加工的托盘内的多个瓦片上的剂量被积分，托盘可以被移出工艺腔并且由新的托盘代替以用于根据本发明的连续注入工艺进行处理。薄膜的分离可以直接在一侧腔进行，因为如果在注入工艺过程中使用瓦片加热，则使用这种技术可以避免重复的加热和冷却。一个可能的方法如图28所示，其显示出可供选择的注入的使用和后续在多个(例如2)托盘中的厚瓦片的裂开。在具体的实施例中，连续的注入工艺由托盘腔1和2的交替注入而进行。在图中，当在托盘腔#2中的先前注入的托盘被穿过(cleave)并准备下个注入过程的时候，来自托盘腔#1的托盘被注入。该工艺的产品是从托盘腔#2中裂开的并获得的薄的硅层。裂开后的瓦片的表面可以足够光滑并且高质量来允许新的注入和裂开工艺发生，而不用制备任何表面。如果一些表面的制备是必要的(或者是在每一个注入/裂开循环或者在预定数量的注入/裂开循环之后)，本工艺可以是在原地进行或者在拿到系统外并由表面处理的托盘所代替的托盘。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在具体的实施例中，每一个瓦片的厚度将是期望的裂开厚度和加工过程中托盘的实际重量的函数。例如，在用新的瓦片代替之前，一个100um厚的裂开层允许开始的瓦片材料层的稍微小于每厘米100次的转移。具有使用许多厘米厚的成形的瓦片的这种厚的薄膜可能是有利的，而20um薄膜工艺可以具有仅仅几厘米厚的瓦片。不常发生的瓦片替换将允许许多小时的不间断地连续操作，因此增加了生产率并降低了工艺成本。不常发生的托盘或者瓦片外部工艺也将允许更有效生产，通过不要求从注入温度冷却瓦片，其中由于厚瓦片相对大的热质量，这种温度改变将花费时间。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
根据本发明的一个实施例，可以获得注入材料的高生产量。例如，根据一个实施例，一个具有容纳具有125mm x 125mm尺寸的8 x 8阵列的基底的形状因子(form factor)的托盘，可大约15分钟内被注入剂量是1-2E16的氢。根据该实施例，因此可以在一小时内注入大约4m2的表面面积。
使用Silicon Genesis公司讲授的层转移工艺可以进行根据本实施例的裂开工艺，例如，通过参考结合于此的共同转让的第6,013,563号美国专利。根据讲授的裂开方法，在选择的深度适当的氢剂量被注入之后，可以将从200C加热到600C的瓦片从注入工艺腔中移除。例如，lMeV H+注入将允许大约16um的硅被分离。依赖于注入过程中的温度，在注入工艺之后的允许裂开的有效剂量可以在5e15cm-2到5e17cm-2的范围内。一旦托盘位于托盘裂开腔中，可以对一个或更多的瓦片实施分离的退火以及裂开工艺来释放薄膜。在优选的实施例中，同时处理一个或多个或所有的瓦片来释放薄膜。图29显示出根据本发明的一个实施例的从加热过的瓦片上裂开和转移薄膜。裂开将发生在对注入冷气的瓦片进行加热的过程中，以利用足够的能量对瓦片的上部热加压，来造成薄膜的裂开。在图29a中，适当的材料例如多孔的陶瓷或者金属制成的卡盘，被带到紧挨着注入的瓦片表面。卡盘的距离是小的，但是加热气体的正压力将防止卡盘接触到表面。在这段时间内，可以选择气体，通过使用刻蚀剂或者其他的表面制备气体来刻蚀、钝化，或者制备将要成为分离的薄膜的一个表面的瓦片的表面顶部，来制备注入后的表面。例如，可以利用诸如SF6或者NF3的硅刻蚀气体来刻蚀瓦片表面，而臭氧、氧气或者氮气可以被引入以钝化表面层。可供选择地，可以使用等离子体工艺钝化表面，该工艺包括含氮和/或氧的核素。依赖于实施例，等离子体工艺可以包括一个注入元件和/或等离子体处理元件。一旦这个卡盘位于一个预定的距离，如图29b所示的，冷气被注入到间隙中来造成温度突然的改变并且产生热应力，该热应力造成薄膜从靠近氢裂开平面的瓦片的残余物裂开。可选地，瓦片温度可以在本步骤之前升高或降低。一旦薄膜被分离了，图29c显示了拾起(pick up)工艺。在这里，关闭低温的/冷的气体，然后开启真空来从瓦片上拾起和提升松开(loose)的、分离的薄膜。如果期望没有接触，bernouilli卡盘配置也可以代替真空被使用来允许非接触处理。静电卡盘也可以被使用来保持分离的薄膜。显然，如果裂开工艺使用气体和真空卡盘，一些有限的压力将出现在托盘裂开腔内。纯的热、机械的和非流动的能量脉冲(连同诸如静电加持的非气体卡盘保持方法)的使用，可以允许真空保持在托盘裂开腔内。这种应用和裂开实施例将成为本申请的一个功能。
通过这种技术，所有的瓦片可以同时裂开并且薄膜可以被拾起，因此根据一具体实施例，允许托盘被再次引入到工艺腔中进行另外一注入工艺。分离的薄膜可以聚集并带到注入/裂开系统的外面，以便进一步的加工。在托盘被带回注入工艺之前，以及裂开托盘已经将这个薄膜转移到另外的托盘(例如称为转移托盘并且下面将进一步解释)之后，如果需要的话，空闲的裂开卡盘表面可以被用来制备裂开后的表面。
可以使用其他的裂开技术替代上述的实施例。例如，可以通过使用用于裂开薄膜的散热器(thermal sink)、热源以及机械力的结合来完成裂开。也可以在薄膜被裂开到适合的处理基底上的情况下完成裂开，在裂开处理之前以可释放的或永久的方式结合该处理基底。还有，可以实施纯粹的热裂开，例如通过足够的提高瓦片温度来允许分离发生在预定的时间窗内。也可以使用扫描能量来允许裂开工艺的受控制的启动以及传播。例如，从第一瓦片侧到另一侧的低温气体的定时释放以及前进(progression)将允许传播的裂开从第一侧进行到另一侧。例如激光或者其他直接的能量源的脉冲能量也可以被用来启动裂开动作。这个和其他的裂开启动和传播的例子可以在第6,013,563号美国专利中找到，其被共同转让，并为了全部目的通过参考结合于此。取决于于实施例，也可以使用其他的技术。
在使用裂开腔概念的具体的实施例中，在连续工艺中形成基底的方法可以简要的概要如下：
1.提供基底构件，每一个基底构件包括多个瓦片(例如可再用的基底(例如体硅、体锗、其他的材料)构件)；
2.将包括第一多个瓦片的第一基底构件从第一托盘裂开腔转移到真空环境下的工艺腔；
3.将第一基底构件保持在真空环境中；
4.对第一多个瓦片实施扫描注入工艺；
5.完成对第一多个瓦片的扫描注入工艺；
6.将包括注入了的第一多个瓦片的第一基底构件转移到第一托盘裂开腔；
7.将包括第二多个瓦片的第二基底构件从第二托盘裂开腔转移到真空环境下的工艺腔；
8.对第二多个瓦片实施扫描注入工艺；
9.加工包括注入的第一多个瓦片的第一基底构件为可选择的表面制备，以及裂开工艺来分离和保持所分离的多个转移的薄膜；
10.可选地加工第一多个瓦片的裂开的表面来为下次注入工艺制备表面；
11.一旦完成扫描注入工艺，将包括注入的第二多个瓦片的第二基底构件移到到第二托盘裂开腔；
12.将包括第一多个瓦片的第一基底构件从第一托盘裂开腔转移到真空环境中的工艺腔；
13.对第一多个瓦片实施扫描注入工艺；
14.加工包括注入的第二多个瓦片的第二基底构件为可选的表面制备，以及裂开工艺来分离和保持所分离的多个转移的薄膜；
15.可选地加工第二多个瓦片的裂开的表面来为下次注入工艺制备表面；
16.交替地在第一和第二基底构件上(根据需要包括其他基底)上重复注入/裂开步骤；以及
17.根据需要执行其他的步骤。
如所示的，本方法包括实施注入技术的步骤。例如，使用转移工艺，将由托盘保持的转移薄膜依次送到另一个托盘(称为转移托盘)，该转移工艺中，例如，保持薄膜的多个裂开卡盘构件被放在暴露的薄膜表面附近。当来自裂开卡盘的真空被关闭的时候，转移托盘卡盘的真空被开启，因此完成将薄膜从裂开托盘转移到转移托盘上。之后将转移托盘从通过加载互锁系统保持分离的薄膜的系统中退出。因此裂开卡盘在被转移回到注入工艺腔中之前可自由地加工基底构件。例如，裂开卡盘可以放回到裂开的瓦片表面附近，并且蚀刻剂或者其他的表面制备气体可以被注入来执行表面制备步骤。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
在一具体的实施例中，也可以通过边缘、表面刻蚀或者抛光来加工转移薄膜以限制脆性和破损。尽管这些薄膜是独立的，微裂纹和纳米缺陷可以明显降低材料的强度，并且导致薄膜破损。在光伏加工或者释放为独立的薄膜之前，刻蚀或抛光步骤是必要的。依赖于实施例，可以加入、结合或者扩展某些步骤。当然，可以有其他的变化、改变和替换。
虽然以上是具体实施例的全面描述，但是可以使用各种变化、可选的构造及其等价物。尽管以上使用选择的序列步骤进行了描述，但是可以使用描述的步骤的任何元素以及其他元素的结合。另外，可以根据实施例结合/或者评估某些步骤。此外，根据可选实施例，可以使用联合注入氦和氢离子代替氢粒子，以允许带有改变的剂量和/或裂开特性的裂开平面的形成。可选的或者另外的，磷可以被其他的N型杂质代替，例如砷等。例如，可以通过下述改变本工艺：(i)扩展离子雨喷头以具有两个并发的喷头，每个相继地注入两种核素中的一种；(ii)使用一个喷头并相继注入第一核素和第二核素(通过改变的第二扫描率使用核素、能量、以及总剂量，并且再次扫描基底或者选择第二注入瓦片/晶片温度)；以及(iii)使用一种真正的联合注入工艺，其中，通过相同的离子雨喷头同时地联合注入两种核素。当然，可以有其他的变化、改变和替换。所以，上面的描述和实例不应该认为是对本发明的范围的限制，本发明的范围由附加的权利要求限定。

Claims (119)

1.一种使用连续注入工艺形成基底的方法，所述方法包括：
提供可移动的轨道构件，所述可移动的轨道构件被提供在腔内，所述腔包括入口、出口和工艺腔；
将包括第一多个瓦片的第一基底保持在所述入口中，所述腔保持在真空环境中；
将包括所述第一多个瓦片的所述第一基底从所述入口转移到所述可移动的轨道构件上；
使用扫描注入工艺对所述第一多个瓦片实施第一注入工艺，同时将包括所述第一多个瓦片的所述腔保持在真空环境中；
将包括第二多个瓦片的第二基底保持在所述入口中，在对所述第一多个瓦片进行注入时，将所述入口保持在真空环境中；
将包括第二多个瓦片的所述第二基底从所述入口转移到所述可移动的轨道构件上；以及
使用所述扫描注入工艺对所述第二多个瓦片实施第二注入工艺。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由连接至所述腔的加载互锁系统提供所述入口和所述出口。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺形成材料层，所述材料层由在所述第一基底上的每个所述瓦片的层内的裂开平面限定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺形成材料层，所述材料层由在所述第二基底上的每个所述瓦片的层内的裂开平面限定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述扫描注入工艺后，分别对所述第一多个瓦片和所述第二多个瓦片实施受控的裂开工艺。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过注入束的移动提供所述扫描注入工艺。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述可移动的轨道构件，由所述第一基底的空间移动提供所述扫描注入工艺。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一基底包括托盘装置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动的轨道构件包括多个辊子、空气轴承，或者可移动的轨道。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺包括氢和氦核素的联合注入。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺包括氢注入工艺和氦注入工艺。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺包括第一氦注入工艺和氢注入工艺。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺包括高能注入工艺以导致由每个所述瓦片的层内的裂开平面限定的材料层的形成，由所述高能注入工艺提供的所述材料层为至少500纳米。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺包括第一注入工艺和第二注入工艺。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括保持掩模以遮蔽多个瓦片中的每一个的外围区。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述扫描注入工艺期间，对每个所述瓦片实施热处理以加热每个所述瓦片。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述扫描注入工艺期间，对每个所述瓦片实施热处理以加热每个所述瓦片，所述热工艺选自传导、红外辐射、对流或者这些的组合。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腔连接至另一个腔以将核素注入到每个所述瓦片中。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述扫描注入工艺后，分别对所述第一多个瓦片和所述第二多个瓦片实施热分离工艺。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述扫描注入工艺后，分别对所述第一多个瓦片和所述第二多个瓦片实施多孔硅分离工艺。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第一基底上的每个所述瓦片的层内形成至少一个杂质区。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第二基底上的每个所述瓦片的层内形成至少一个杂质区。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第一多个瓦片的每一个的层中和所述第二多个瓦片的每一个的层中提供P型杂质核素，所述P型杂质核素包括硼核素或其他。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第一多个瓦片的每一个的层中和所述第二多个瓦片的每一个的层中提供N型杂质核素的注入，所述N型杂质核素包括磷核素、锑核素、砷核素、或其他。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，
对所述第一多个瓦片实施第一注入工艺，包括：使用扫描注入工艺对所述第一多个瓦片实施至少包括含氢核素的注入，所述扫描注入工艺可以在比第一确定的数量更高的能量范围内操作，其中，所述第一确定的数量适于形成从所述第一多个瓦片中的至少一个瓦片裂开的独立的材料层，同时将包括所述第一多个瓦片的所述腔保持在真空环境中；以及
对所述第二多个瓦片实施第二注入工艺包括：使用扫描注入工艺对所述第二多个瓦片实施至少包括含氢核素的注入，所述扫描注入工艺可以在比所述第一确定的数量更高的能量范围内操作。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，对于所述第一注入工艺，第一确定的数量的范围从大约550keV到大约5MeV；其中所述第一多个瓦片由硅材料组成。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，对于所述第一注入工艺，所述第一确定的数量的范围从大约550keV到大约5MeV；并且其中，所述第一多个瓦片由单晶硅材料组成。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述含氢核素基本上是H+或者H2+或者H3+。
29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一多个瓦片中的每一个包括表面区，所述表面区具有用来屏蔽一个或多个污染物的屏蔽层。
30.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一扫描注入工艺后，对所述第一多个瓦片实施热处理。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一扫描注入工艺保持基本恒定的功率密度。
32.一种使用扫描工艺形成基底的方法，所述方法包括：
提供可移动的轨道构件；
将包括多个瓦片的基底提供到所述可移动的轨道上；
将包括所述多个瓦片的基底保持在真空中，所述真空由腔提供；
使用所述可移动的轨道将包括所述多个瓦片的所述基底转移到第一注入工艺邻近区域内；
使用第一扫描工艺对所述多个瓦片实施所述第一注入工艺；
使用所述可移动的轨道将包括所述多个瓦片的所述基底转移到第二注入工艺邻近区域内；以及
使用第二扫描工艺对所述多个瓦片实施所述第二注入工艺。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片中的每一个均是可再用的基底构件。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工艺和所述第二注入工艺提供由所述可再用的基底构件的层中的裂开平面限定的材料层。
35.根据权利要求32所述的方法，其中，在所述第一注入工艺和所述第二注入工艺后，进一步对所述基底构件中的每一个实施受控的裂开工艺。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，由注入束的运动、所述轨道的运动、或者所述注入束和所述轨道两者的运动来提供所述第一扫描工艺。
37.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一扫描工艺特征在于气体、电压和离子核素。
38.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第二扫描工艺特征在于气体、电压和离子核素。
39.根据权利要求32所述的方法，其中，由所述可移动的轨道构件提供所述第二扫描工艺。
40.根据权利要求32所述的方法，其中，由注入束的运动、所述轨道的运动、或者所述注入束和导轨两者的运动来提供所述第二注入工艺。
41.根据权利要求32所述的方法，其中，由第二注入装置提供所述第二注入工艺。
42.根据权利要求32所述的方法，其中，所述可移动的轨道构件包括多个辊子、多个空气轴承、或者可移动的轨道。
43.根据权利要求32所述的方法，其中，同轴地提供所述可移动的轨道。
44.根据权利要求32所述的方法，其中，以自动机械配置提供所述可移动轨道。
45.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片中的每一个均具有环绕的注入护罩以保护所述多个瓦片中的每一个的边缘区。
46.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片中的每一个均具有在每个所述瓦片的外围区中的大约1厘米的排除区。
47.根据权利要求32所述的方法，进一步包括执行受控的裂开工艺以从至少一个所述瓦片去除材料层，并且在所述瓦片上形成剩余的裂开表面区，以及对所述裂开的表面区执行抛光工艺以形成平的表面区。
48.根据权利要求45所述的方法，其中，所述环绕的注入护罩由无定形硅或者硅或者单晶硅或者硅锗制成。
49.根据权利要求32所述的方法，其中，所述注入装置被配置为包括喷头，所述喷头具有大约450mm的宽度。
50.根据权利要求32所述的方法，其中，所述离子核素包括分子离子H3+，所述分子离子提供每平方厘米20 x 10-6安培的电流密度或者每平方厘米每秒1.25 x 1014个H3+离子的电流密度或者每平方厘米每秒3.75 x 1014个H+离子的电流密度。
51.根据权利要求32所述的方法，其中，所述注入工艺提供每平方厘米2.0 x 1016个氢原子的剂量。
52.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工艺和所述第二注入工艺在所述多个瓦片中的每一个的层中提供至少一个杂质区。
53.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第一注入工艺和所述第二注入工艺在所述多个瓦片中的每一个的层中提供至少一个杂质区。
54.根据权利要求32所述的方法，其中，所述扫描工艺在从大约120keV到大约2.1MeV的能量范围内可操作，以及其中，所述第一注入工艺和所述第二注入工艺包括氢核素。
55.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片中的每一个均具有在每个所述瓦片的外围区中的大约1厘米的排除区。
56.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片沿着相对于所述注入工艺的方向的离轴方向排列。
57.根据权利要求32所述的方法，其中，所述多个瓦片沿着相对于所述注入工艺的方向的轴上方向排列，以相对于所述多个瓦片被排列在相对于所述注入工艺的方向的离轴方向，增加所述注入工艺的深度。
58.一种用于执行一个或多个注入工艺的托盘装置，所述托盘装置包括：
框架构件，所述框架构件包括多个位置；
多个基底构件，分别设置在所述多个位置上；以及
托盘构件，容纳在所述框架构件中，以对所述多个基底构件提供支撑。
59.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述托盘构件被沿着相对于重力的垂直方向设置。
60.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述托盘构件被沿着相对于重力的倒置方向设置。
61.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述托盘构件被沿着成角度的方向设置。
62.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述托盘构件被沿着防止在所述多个基底构件上形成缺陷的方向设置。
63.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述基底构件中的每一个均具有大约125mm乘大约125mm的尺寸。
64.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述基底构件中的每一个均包括含硅的材料。
65.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述多个位置被排列为具有6乘6位置结构的阵列。
66.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述多个位置被排列为具有8乘8位置结构的阵列。
67.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述多个位置被排列为支持3乘3的300mm晶片的阵列。
68.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述多个位置被排列为支持5乘N的200mm晶片的阵列，其中N是5以上的整数。
69.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述多个位置被排列为支持6乘N的150mm晶片的阵列，其中N是6以上的整数。
70.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，对所述多个可再用的基底实施结合工艺和/或裂开工艺，对所述多个基底一起或者分开执行所述结合工艺和/或裂开工艺。
71.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述托盘构件具有大约1米乘1米的尺寸。
72.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述基底构件中的每一个均具有环绕的注入护罩。
73.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述基底构件中的每一个均具有在所述可再用的基底构件的每个的外围区中的排除区，所述排除区具有大约1厘米以下的尺寸。
74.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，进一步对所述基底构件中的每一个实施受控的裂开工艺，以从至少一个所述基底构件中去除材料层，并且在所述基底构件上形成剩余的裂开的表面区，对所述剩余的裂开表面区实施抛光工艺以形成平坦的表面区。
75.根据权利要求74所述的托盘装置，其中，所述注入护罩选自无定形硅或者硅或者硅锗。
76.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，所述基底构件中的每一个均包括硅晶片。
77.根据权利要求58所述的托盘装置，其中，对所述基底构件中每一个实施扫描注入工艺。
78.根据权利要求77所述的托盘装置，其中，在所述扫描注入工艺之后，对所述基底构件中的每一个实施退火工艺。
79.一种使用待处理的多个瓦片的扫描注入设备，所述设备包括：
可移动的轨道构件；
腔，连接至所述可移动的轨道构件，所述腔适于容纳基底并将包括所述多个瓦片的所述基底保持在真空环境中；以及
注入装置，至少由连接至所述可移动的轨道构件的腔提供，通过使用第一扫描工艺对所述多个瓦片施加多个粒子来提供所述注入装置，其中，通过所述可移动的轨道构件使所述基底移动穿过至少由所述腔提供的所述注入装置来执行所述第一扫描工艺。
80.一种使用连续注入工艺掺杂基底的方法，所述方法包括：
提供可移动的轨道构件，所述可移动的轨道构件被提供在腔中，所述腔包括入口、出口和工艺腔；
将包括第一多个瓦片的第一基底保持在所述入口中，所述腔保持在真空环境中；
将包括第一多个瓦片的所述第一基底从所述入口转移到所述可移动的轨道构件上；
当包括所述第一基底的所述腔保持在真空环境中时，使用扫描注入工艺对所述第一多个瓦片实施第一注入工艺；
将包括第二多个瓦片的第二基底保持在所述入口中，在对所述第一多个瓦片进行注入时，所述入口保持在真空环境中；
将包括所述第二多个瓦片的所述第二基底从所述入口转移到所述可移动的轨道构件上；
使用所述扫描注入工艺对所述第二半导体基底实施第二注入工艺；
其中，所述第一扫描注入工艺在所述第一基底的层上提供杂质区，以形成光伏器件的至少一个p-n结，并且所述第二扫描注入工艺在所述第二多个瓦片层中提供杂质，以形成光伏器件的至少一个p-n结。
81.根据权利要求80所述的方法，其中，所述第一半导体基底和所述第二半导体基底是第一导电类型的硅晶片，所述第一导电类型为p型。
82.根据权利要求80所述的方法，其中，由连接至所述腔的加载互锁系统提供所述入口和所述出口。
83.根据权利要求80所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第一基底上的每个所述瓦片的表面附近的层中形成至少一个杂质区。
84.根据权利要求80所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第二基底的每个所述瓦片表面附近的层中形成至少一个杂质区。
85.根据权利要求80所述的方法，其中，通过注入束的运动提供所述扫描注入工艺。
86.根据权利要求80所述的方法，其中，通过所述可移动的轨道构件由所述第一基底的空间运动提供所述扫描注入工艺。
87.根据权利要求80所述的方法，其中，所述第一基底包括托盘装置。
88.根据权利要求80所述的方法，其中，所述可移动的轨道构件包括多个辊子、空气轴承，或者可移动的轨道。
89.根据权利要求80所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第一多个瓦片中的每一个的表面附近的层中提供杂质粒子，以形成光伏电池结构的至少一个p-n结。
90.根据权利要求80所述的方法，其中，所述扫描注入工艺在所述第二多个瓦片中的每一个的表面附近的层中提供杂质粒子，以形成光伏电池结构的至少一个p-n结。
91.一种使用待加工的多个瓦片的扫描注入设备，所述设备包括：
可移动的轨道构件；
腔，连接到所述可移动的轨道构件，所述腔适于容纳基底并将包括所述多个瓦片的所述基底保持在真空环境中；以及
注入装置，至少由连接至所述可移动的轨道构件的所述腔提供，通过使用第一扫描工艺对所述多个瓦片施加多个氢粒子来提供所述注入装置，其中，通过所述可移动的轨道构件使所述基底移动穿过至少由所述腔提供的所述注入装置来执行所述第一扫描工艺，所述氢粒子选自H+或者H2+或者H3+。
92.一种使用高能直线加速器工艺形成一个或多个层转移工艺的基底的方法，所述方法包括：
提供半导体基底，所述半导体基底具有表面区；
使用高能直线加速器工艺通过所述表面区的第一部分引入第一多个粒子，以导致在表面区下面的第一层半导体材料内形成第一选择的裂开区；
将高能直线加速器工艺扫描到所述表面区的第二部分，以通过所述表面区的第二部分引入第二多个粒子，以导致在所述表面区下面的第二层半导体材料内形成第二选择的裂开区；
通过所述表面区的其它部分继续引入所述多个粒子，以导致形成包括所述第一选择的裂开区和所述第二选择的裂开区的裂开区；以及
将在所述裂开区附近的半导体材料层裂开以从所述半导体基底上去除所述材料层。
93.根据权利要求92所述的方法，其中，所述直线加速器工艺选自射频四极直线加速器或漂移管直线加速器。
94.根据权利要求92所述的方法，其中，所述多个粒子选自中性离子束、H核素、H2核素、或者H-或者H+或者H2+核素。
95.根据权利要求92所述的方法，其中，由所述注入的粒子束的运动、所述基底的运动、或者由所述注入的粒子束和所述基底两者的运动提供所述扫描。
96.根据权利要求92所述的方法，其中，使用来自高能直线加速器工艺的扩展束来提供所述第一多个粒子。
97.根据权利要求92所述的方法，其中，对所述半导体基底施加热能以导致所述半导体基底的温度从第一温度增加到第二温度。
98.根据权利要求92所述的方法，其中，所述半导体基底是托盘装置中的多个半导体基底中的一个。
99.根据权利要求92所述的方法，其中，所述半导体基底机械地固定并且被保持在静电的或机械的卡盘上。
100.根据权利要求92所述的方法，其中，在裂开腔中提供所述裂开并且在注入腔中提供所述引入。
101.根据权利要求100所述的方法，其中，所述裂开腔连接至所述注入腔并且进一步包括自动机械装置，所述自动机械装置可操作地配置为所述裂开腔和注入腔。
102.根据权利要求92所述的方法，进一步包括在引入工艺之前，对所述表面区实施表面制备工艺。
103.根据权利要求102所述的方法，其中，当所述半导体基底被保持在静电的或机械的卡盘上时，提供所述实施。
104.根据权利要求92所述的方法，进一步包括在引入工艺之前处理所述表面区。
105.根据权利要求104所述的方法，其中，所述工艺包括蚀刻剂核素或者钝化气体。
106.根据权利要求92所述的方法，进一步包括将所述半导体材料层转移到转移托盘。
107.根据权利要求92所述的方法，其中，使用热工艺提供所述裂开。
108.根据权利要求92所述的方法，其中，使用散热器或者热源提供所述裂开。
109.根据权利要求92所述的方法，其中，所述裂开包括机械引发工艺和传播工艺以分离所述半导体材料层。
110.根据权利要求92所述的方法，进一步包括在所述裂开的部分期间，增加所述半导体材料层的温度。
111.根据权利要求92所述的方法，其中，所述裂开包括在所述半导体材料层的一部分上选择性地施加能量。
112.根据权利要求92所述的方法，其中，以少于1e17H/cm2或者少于5e16H/cm2或者少于1e16H/cm2的剂量提供所述第一多个粒子的引入。
113.根据权利要求92所述的方法，进一步包括使用感应工艺、电气工艺、传导工艺或者第一多个粒子的引入工艺来将热能施加到所述半导体材料层上。
114.根据权利要求113所述的方法，其中，使用传感和反馈过程选择性地提供所述热能。
115.根据权利要求92所述的方法，进一步包括处理所述半导体材料层的边缘区。
116.根据权利要求115所述的方法，其中，所述处理包括蚀刻和/或抛光。
117.根据权利要求92所述的方法，其中，所述裂开区特征在于基本上空间平均的多个粒子。
118.根据权利要求92所述的方法，其中，所述裂开区特征在于基本上空间平均的能级。
119.根据权利要求117所述的方法，其中，所述裂开区特征在于基本上空间平均的能级。
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