CN102804329B - 供在太阳能电池制造中使用的等离子体格栅注入系统 - Google Patents

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Abstract

一种离子注入方法，包括：在室的等离子体区内提供等离子体；正向偏置第一格栅板，其中第一格栅板包括多个孔；负向偏置第二格栅板，其中第二格栅板包括多个孔；使来自等离子体区中的等离子体的离子流过正向偏置的第一格栅板中的孔；使流过正向偏置的第一格栅板中的孔的离子的至少部分流过负向偏置的第二格栅板中的孔；以及向衬底注入流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分。

Description

供在太阳能电池制造中使用的等离子体格栅注入系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年6月23日递交的、发明名称为“PLASMAGRID IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELLFABRICATIONS”的第61/219,379号共同未决美国临时申请的优先权，该临时申请如同这里阐述一样通过整体引用结合于此。
技术领域
本发明大体上涉及太阳能电池和其它大型衬底注入应用领域。具体而言，本发明涉及太阳能电池器件及其形成方法。
背景技术
虽然晶片的传统的束流线注入可以提供高的功率密度，但是它具有若干弊端。例如，它仅提供单个子束。此外，它在小束斑中使用大量功率，并且晶片变得很热。结果，生产率低下。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种等离子体格栅注入系统。该系统包括：等离子体源，被配置成提供等离子体；第一格栅板，包括被配置成允许来自等离子体区中的等离子体的离子通过的多个孔，其中第一格栅板被配置成由电源在DC模式中连续地或者在脉冲模式中正向偏置；第二格栅板，包括被配置成在离子通过第一格栅板之后允许离子通过的多个孔，其中第二格栅板被配置成由电源在DC模式中连续地或者在脉冲模式中负向偏置；以及衬底保持器，被配置成在如下位置支撑衬底，在离子通过第二格栅板之后在该位置向衬底注入离子。
在某些实施例中，第一格栅板、第二格栅板和衬底保持器中的至少一个的位置被配置成在均匀注入位置与选择性注入位置之间调节，均匀注入位置被配置成实现跨衬底保持器上的衬底的单个横向均匀的离子注入，其中该单个横向均匀的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且选择性注入位置被配置成实现衬底保持器上的衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中该多个横向间隔开的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子形成。
在某些实施例中，该系统还包括布置在第二格栅板与衬底保持器之间的第三格栅板，并且第三格栅板包括被配置成在离子通过第二格栅板之后允许离子通过的多个孔。在某些实施例中，第三格栅板接地。在某些实施例中，第三格栅板和衬底保持器中的至少一个的位置被配置成在均匀注入位置与选择性注入位置之间调节，均匀注入位置被配置成实现跨衬底保持器上的衬底的单个横向均匀的离子注入，其中该单个横向均匀的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且选择性注入位置被配置成实现衬底保持器上的衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中多个横向间隔开的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子形成。
在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔基本上为圆孔。在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔为伸长槽。在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔中的每个孔包括顶端和底端，其中底端比顶端更接近衬底保持器，并且其中每个孔的直径从顶端向底端渐增。
在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板包括选自由硅、石墨、碳化硅和钨组成的群组中的材料。在某些实施例中，该系统还包括由室壁限定的室，其中等离子体区、第一格栅板和第二格栅板容纳于室内，并且其中室壁被配置成使用电场来排斥等离子体区中的离子。在某些实施例中，一个或者多个磁体耦合到室壁。
在本发明的另一方面中，提供一种离子注入方法。该方法包括：在室的等离子体区内提供等离子体；正向偏置第一格栅板，其中第一格栅板包括多个孔并且布置在第一位置；负向偏置第二格栅板，其中第二格栅板包括多个孔并且布置在第一位置；使来自等离子体区中的等离子体的离子流过正向偏置的第一格栅板中的孔；使流过正向偏置的第一格栅板中的孔的离子的至少部分流过负向偏置的第二格栅板中的孔；以及向衬底注入流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分，其中衬底布置在第一位置。
在某些实施例中，阴影掩模(shadow mask)布置在与衬底相距预定距离处，该阴影掩模包括穿过该阴影掩模形成的多个开口，并且该方法还包括：在对衬底进行注入之前使流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分流过阴影掩模中的开口。
在某些实施例中，光阻剂掩模(photoresist mask)放置成与衬底接触，该光阻剂掩模包括穿过该光阻剂掩模形成的多个开口，并且该方法还包括：在对衬底进行注入之前使流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分流过光阻剂掩模中的开口。
在某些实施例中，该方法还包括：将第一格栅板、第二格栅板和衬底保持器中的至少一个的位置调节至第二位置；在调节至第二位置之后在等离子体区内提供等离子体；在调节至第二位置之后使来自等离子体区中的等离子体的离子流过正向偏置的第一格栅板中的孔；在调节至第二位置之后使流过正向偏置的第一格栅板中的孔的离子的至少部分流过负向偏置的第二格栅板中的孔；以及在调节至第二位置之后向衬底注入流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分，其中当第一格栅板、第二格栅板和衬底保持器中的至少一个在第一位置时执行的注入形成跨衬底的单个横向均匀的离子注入，其中单个横向均匀的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且其中当第一格栅板、第二格栅板和衬底保持器中的至少一个在第二位置时执行的注入形成衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中多个横向间隔开的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子形成。
在某些实施例中，第三格栅板布置在第二格栅板与衬底之间，第三格栅板布置在第一位置并且包括被配置成在离子通过第二格栅板之后允许离子通过的多个孔。在某些实施例中，第三格栅板接地。在某些实施例中，该方法还包括：将第一格栅板、第二格栅板、第三格栅板和衬底保持器中的至少一个的位置调节至第二位置；在调节至第二位置之后在等离子体区内提供等离子体；在调节至第二位置之后使来自等离子体区中的等离子体的离子流过正向偏置的第一格栅板中的孔；在调节至第二位置之后使流过正向偏置的第一格栅板中的孔的离子的至少部分流过负向偏置的第二格栅板中的孔；在调节至第二位置之后使流过负向偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分流过第三格栅板中的孔；并且在调节至第二位置之后向衬底注入流过第三格栅板中的孔的离子的至少部分，其中当第一格栅板、第二格栅板、第三格栅板和衬底保持器中的至少一个在第一位置时执行的注入形成跨衬底的单个横向均匀的离子注入，其中单个横向均匀的离子注入由已经通过第三格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且其中当第一格栅板、第二格栅板、第三格栅板和衬底保持器中的至少一个在第二位置时执行的注入形成衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中多个横向间隔开的离子注入由已经通过第三格栅板的不同孔的离子形成。
在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔基本上为圆孔。在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔为伸长槽。在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板中的至少一个格栅板的孔中的每个孔包括顶端和底端，其中底端比顶端更接近衬底保持器，并且其中每个孔的直径从顶端向底端渐增。
在某些实施例中，第一格栅板和第二格栅板包括选择由硅、石墨、碳化硅和钨组成的群组中的材料。在某些实施例中，等离子体区、第一格栅板和第二格栅板容纳于由室壁限定的室内，并且其中室壁被配置成使用电场来排斥等离子体区中的离子。
在某些实施例中，该方法还包括向等离子体施加脉冲电压的步骤。在某些实施例中，该方法还包括向衬底施加脉冲电压的步骤。在某些实施例中，脉冲电压被引向衬底上的多个不同位置。
在某些实施例中，该方法还包括：在向衬底注入离子之前将衬底传递经过第一多个差分抽运级，其中第一多个差分抽运级中的每级包括比该第一多个差分抽运级中的前一级更低的压强；将衬底从第一多个差分抽运级直接传递至注入级；在向衬底注入离子之后将衬底从注入级直接传递至第二多个差分抽运级；以及将衬底传递经过第二多个差分抽运级，其中第二多个差分抽运级中的每级包括比第二多个差分抽运级中的前一级更高的压强，其中注入级包括比第一多个差分抽运级和第二多个差分抽运级中的任何级更低的压强。
在本发明的又一方面中，提供了一种等离子体格栅注入系统。该系统包括：等离子体源，被配置成提供等离子体；格栅组件，包括多个格栅板，其中每个格栅板包括被配置成允许来自等离子体的离子通过的多个孔；以及衬底保持器，被配置成在如下位置支撑衬底，在离子通过格栅板的多个孔之后在该位置向衬底注入离子，其中衬底保持器和格栅板中的至少一个被配置成在均匀注入位置与选择性注入位置之间调节；其中均匀注入位置被配置成实现跨衬底保持器上的衬底的单个横向均匀的离子注入，该单个横向均匀的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且其中选择性注入位置被配置成实现衬底保持器上的衬底的多个横向间隔开的离子注入，该多个横向间隔开的离子注入由已经通过第二格栅板的不同孔的离子形成。
在某些实施例中，多个格栅板包括：第一格栅板，包括被配置成允许来自等离子体区中的等离子体的离子通过的多个孔；以及第二格栅板，包括被配置成在离子通过第一格栅板之后允许离子通过的多个孔。在某些实施例中，第一格栅板被配置成由电源正向偏置。在某些实施例中，第二格栅板被配置成由电源负向偏置。在某些实施例中，多个格栅板还包括第三格栅板，该第三格栅板包括被配置成在离子通过第二格栅板之后允许离子通过的多个孔。在某些实施例中，第三格栅板被配置成接地。在某些实施例中，第一格栅板、第二格栅板和衬底保持器都被配置成使它们的位置被调节。
在本发明的又一方面中，提供一种离子注入方法。该方法包括：在室的等离子体区内提供等离子体；提供包括多个格栅板的格栅组件，其中每个格栅板包括多个孔；在格栅组件中的每个格栅板在第一位置之时使来自等离子体区中的等离子体的第一组离子流过每个格栅板中的孔；在衬底在第一位置由衬底保持器支撑之时向衬底均匀注入流过格栅板中的孔的第一组离子的至少部分，借此由已经通过相同格栅板的不同孔的第一组离子的组合形成跨衬底的单个横向均匀的离子注入；将衬底或者至少一个格栅板的位置调节至第二位置；在调节至第二位置之后使来自等离子体区中的等离子体的第二组离子流过格栅组件中的每个格栅板中的孔；在调节至第二位置之后向衬底有选择地注入流过格栅板中的孔的第二组离子的至少部分，借此由已经通过相同格栅板的不同孔的第二组离子的部分形成衬底上的多个横向间隔开的离子注入。
在某些实施例中，调节步骤包括调节衬底的位置。在某些实施例中，调节衬底的位置包括移动衬底以使其更接近格栅组件。
在某些实施例中，调节步骤包括调节格栅板之一的位置。在某些实施例中，调节格栅板之一的位置包括移动格栅板之一以使其更接近衬底。
在某些实施例中，多个格栅板包括第一格栅板和第二格栅板，第一格栅板被正向偏置，而第二格栅板被负向偏置。在某些实施例中，多个格栅板还包括接地的第三格栅板。
在本发明的又一方面中，提供一种离子注入方法。该方法包括：向等离子体生成器提供第一单个类型的掺杂剂材料；等离子体生成器将第一单个类型的掺杂剂材料分解成第一多个掺杂剂物质；以及向衬底注入第一多个掺杂剂物质。
在某些实施例中，在单个注入步骤中向衬底注入第一多个掺杂剂物质。在某些实施例中，按照不同深度向衬底中注入每个掺杂剂物质。在某些实施例中，第一单个类型的掺杂剂材料为磷化氢。在某些实施例中，第一多个掺杂剂物质包括P+、P++、P+++、P2 +、P3 +和P5 +。在某些实施例中，第一单个类型的掺杂剂材料为硼或者砷。
在某些实施例中，不同类型的掺杂剂材料的组合用来注入不同多个掺杂剂物质。在某些实施例中，可以用前驱形式提供不同类型的掺杂剂材料作为气体、液体、固体或者其任何组合。
在某些实施例中，向等离子体生成器提供第二单个类型的掺杂剂材料；等离子体生成器在等离子体生成器将第一单个类型的掺杂剂材料分解成第一多个掺杂剂物质的相同时段期间将第二单个类型的掺杂剂材料分解成第二多个掺杂剂物质；并且在向衬底中注入第一多个掺杂剂物质的相同时段期间向衬底中注入第二多个掺杂剂物质。在某些实施例中，第一单个类型的掺杂剂材料和第二单个类型的掺杂剂材料各自为前驱气体。在某些实施例中，第一单个类型的掺杂剂材料为砷化氢而第二单个类型的掺杂剂材料为磷化氢。
附图说明
图1图示了根据本发明原理的均匀掺杂太阳能电池的一个实施例的横截面侧视图。
图2A-图2C图示了根据本发明原理的选择性地注入太阳能电池的不同方式的横截面侧视图。
图3图示了根据本发明原理的具有接触格栅线的太阳能电池的一个实施例的横截面侧视图。
图4图示了根据本发明原理的等离子体浸渍注入系统的一个实施例。
图5图示了根据本发明原理的具有均匀注入的太阳能电池的一个实施例的横截面侧视图。
图6图示了根据本发明原理的具有均匀注入和选择性注入的太阳能电池的另一实施例的横截面侧视图。
图7图示了根据本发明原理的等离子体格栅注入系统的一个实施例的横截面侧视图。
图8图示了根据本发明原理的等离子体格栅注入系统的另一实施例的横截面3维透视图。
图9A-图9B图示了根据本发明原理的不同格栅板孔的横截面侧视图。
图10图示了根据本发明原理的等离子体离子通过格栅板的一个实施例的横截面侧视图。
图11A-图11B图示了根据本发明原理的不同格栅板孔的平面图。
图12图示了根据本发明原理的加载锁定注入系统的一个实施例的平面图。
图13图示了根据本发明原理的多级差分抽运注入系统的一个实施例的横截面图。
图14图示了根据本发明原理的离子注入方法的一个实施例的工艺流程图。
图15图示了根据本发明原理的离子注入方法的另一实施例的工艺流程图。
图16图示了根据本发明原理的离子注入方法的又一实施例的工艺流程图。
具体实施方式
呈现下文描述以使本领域普通技术人员能够实现和运用本发明，并且在专利申请及其要求的背景中提供下文描述。本领域技术人员将容易清楚对所描述的实施例的各种修改，并且这里的通用原理可以应用于其它实施例。因此，本发明并不旨在被限制到示出的实施例，而是旨在将被赋予与这里描述的原理和特征一致的最广范围。
另外，设想来自任何实施例的任何特征可以与来自任何其它实施例的任何特征组合。以这一方式，所示的实施例的混合配置合理地在本发明的范围内。
可以通过使用流程图来描述本公开的各个方面。经常可以示出本公开内容一个方面的单个实例。然而如本领域普通技术人员理解的那样，这里描述的协议、过程和程序可以连续地或者如为了满足这里描述的需要所必要的那样重复。此外，设想除非另外明确或者隐含公开之外，则方法步骤还可以按照与图中所示顺序不同的顺序执行。
本发明涉及一种不仅针对太阳能电池制造而且也针对半导体以及其它表面和接近表面修改应用而定制的注入系统。这一系统的开发是基于太阳能电池制造需要的放松的技术规范。它可以为太阳能电池提供准确掺杂和独特原子分布图(profile)定制能力(并入了来自于2009年6月11日递交的发明名称为“FORMATION OFSOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT ANDANNEAL METHOD”的第12/483,017号共有美国专利申请和于2008年6月11日提交的发明名称为“FORMATION OF SOLARCELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT AND ANNEALMETHOD”第61/131,698号共有美国临时申请的特征，这两个专利申请如同这里阐述一样通过整体引用结合于此)。这些包括掺杂水平、接触电阻、母线、指状物、金属-硅界面接触电阻、背面金属化电阻的改变，从而实现在金属格栅接触之下(优选为10欧姆/平方至30欧姆/平方)和在指状物之间(优选为大于100欧姆/平方)的所需的电阻率，以满足更高效率的太阳能电池(并入来自于2009年6月11日递交的发明名称为“SOLAR CELL FABRICATIONUSING IMPLANTATION”第12/482,980号共有美国专利申请、2008年6月11日的递交的发明名称为“SOLAR CELL FABRICATIONUSING IMPLANTATION”的第61/131,687号共有美国临时申请、2009年6月11日的递交的发明名称为“SOLAR CELLFABRICATION WITH FACETING AND ION IMPLANTATION”的第12/482,685号共有美国临时申请以及2008年6月24日递交的发明名称为“SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING ANDION IMPLANTATION”的第61/133,028号共有美国临时申请的特征，这些专利申请如同这里阐述一样通过整体引用结合于此)。它也满足太阳能电池晶片厚度以及接触金属宽度和间距的未来要求这样的需求。
另外，选择性发射极和背表面场(BSF)的有利形成及其提高性能的能力将是可能的(并入来自于2009年6月11日递交的发明名称为“APPLICATION SPECIFIC IMPLANT SYSTEM ANDMETHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS”的第12/482,947号共有美国专利申请、于2008年6月11日递交的发明名称为“APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANT SYSTEM ANDMETHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS”的第61/131,688号共有美国临时申请、于2009年3月20日递交的发明名称为“ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLARCELL FABRICATION METHOD”的第61/210,545号共有美国临时申请以及于2010年3月19日递交的发明名称为“ADVANCED HIGHEFFICIENCY CRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATIONMETHOD”的第12/728,105号共有美国专利申请的特征)。本发明可以应用于如生长的单个或者单晶体、多晶或者电气级或者冶金级硅，以及很薄的硅晶片和很薄的膜沉积硅或者其它用于太阳能电池形成和其它应用的材料。本发明也可以应用于多结器件，并且可以扩展至用于在结制造和金属半导体界面增强中使用的任何其它材料的原子物质布局。
图5图示了根据本发明原理的具有均匀注入的太阳能电池500的一个实施例的横截面侧视图。太阳能电池500包括具有p掺杂区510和n掺杂区520的半导体晶片。n掺杂区520被均匀掺杂以形成均匀发射极。防反射涂层560布置在n掺杂区520之上。防反射涂层560优选地具有在70nm-80nm之间的厚度。金属接触550沉积于晶片上，这些金属接触优选地具有在3微米-200微米之间的宽度554，并且间隔开在1mm-3mm之间的宽度552。p掺杂区570在与n掺杂区520相反的侧上形成于晶片中，从而形成均匀BSF。钝化层580(例如Si3N4或者Al2O3)布置在p掺杂区570的底表面之上，并且后金属接触层590(例如Ag)布置在钝化层580的底表面之上。
图6图示了太阳能电池600的横截面侧视图，该太阳能电池是添加有某些选择性注入的太阳能电池500。这些选择性注入包括n掺杂选择性发射极区630、选择性金属种子注入655和选择性BSF区675。
在某些实施例中，本发明包括使用气体等离子体中的通过向衬底施加负电势的脉冲而被加速向衬底的离子。等离子体在衬底的邻近处转变成鞘，并且施加电势促使驻留在等离子体中的待注入的离子加速。衬底的这样的保形掺杂可以用来形成均匀掺杂区，以及通过使用掩模或者其它选择性注入技术来形成选择性掺杂区。同时，可以定制掺杂剂分布图以通过脉冲形状和等离子体组成的调节来提供独立的表面浓度、分布图的形状和结深度。另外，通过使用掺杂剂的化学当量比和分子基团比，可以进一步增强掺杂剂分布图。利用衬底的脉冲偏置和可能的衬底背表面天线或者衬底移动也可以提供选择性注入所需要的横向定位优点。
本发明提供一种可以独立于衬底尺寸并且只要保留等离子体的统一性就可以同时向多片衬底注入的系统。这一特征允许远超过1000+wph的生产率。此外，本发明提供一种非视线注入方法，并且因此能够对受限的区域(比如多级硅的纹理化表面，该多级硅可能在表面上具有小丘和凹入特征)进行掺杂。对这样的表面进行掺杂是关键的，这是因为不掺杂可能引起金属分流。
本发明的一种应用是生成用于发射极和背表面场(BSF)掺杂的均匀注入。在这一阶段，对表面浓度、分布图形状和结深度的独立控制可以在满足太阳能电池的光转换性质时发挥重要作用。这样的注入能力将避免形成繁琐的扩散方法中常见的“无用层”。这些层由于使用扩散形成电结时所积累的未激活的过量的接近表面掺杂剂而形成。用本发明的离子注入实现的分布图管理可以避免这样的不足。
图1图示了根据本发明原理的均匀掺杂太阳能电池100的一个实施例的横截面侧视图。太阳能电池100包括半导体衬底110，比如硅晶片。为了形成其中电池100生成电子-空穴对的区域120，至少100欧姆/平方的掺杂水平是优选的。一般而言，在这一区域102中的掺杂剂过量阻碍这样的电荷载流子的生成和传送。这一掺杂通常为较低能量的注入，比如对于硼、BF2、磷、砷、锑和其它类似掺杂剂而言少于150keV。这种注入在轻浓度下执行。在一个优选的实施例中，这些注入的浓度少于1E15cm-2。太阳能电池应用的覆盖的统一性的要求估计为在5％至10％之间。在等离子体统一性上需要类似均匀性。设想每个太阳能电池被独立注入，以便获得单晶片系统的益处。这一特征为注入提供了显著的能力，借此定制用于选择性发射极的掺杂剂的布局和激活可以防止形成传统的无用层问题。
图2A-图2C图示了根据本发明原理的选择性地注入太阳能电池200以形成选择性发射极区230的不同方式的横截面侧视图。太阳能电池200包括已经被均匀掺杂以形成与图1中的均匀发射极区120类似的均匀发射极区220的半导体衬底210。
图2A图示了用来在半导体衬底210中形成选择性发射极区230的阴影掩模方法。在该阴影掩模方法中，在等离子体注入器技术系统内使用物理掩模242，以将束240限定为所需的确切尺度。掩模242的纵横比在这里是关键的，这是因为估计典型高能等离子体离子可以容易穿透1∶10纵横比，如较低能量的等离子体沉积方法已经表明的。可以调节掩模242到衬底210的邻近性，以使用潜在束外展(flare-out)，从而有利于在格栅线之下构造比100微米宽的格栅线大近似+/-10微米至30微米的掺杂区。这一调节将允许易于后续格栅线印刷和对准，并且将提供用于使任何潜在漏电最小化的重叠区。在优选的实施例中，用于阴影掩模242的材料对于处理不重要，并且优选为导电的，以便不影响注入方法。这样的材料的溅射将决定这一掩模242的寿命和用途，借此使它成为具有定期更换的可消耗部件。离子束240通过的开孔(cutout)的形状和表面条件对于最小化污染和溅射速率而言也是关键考虑。业内已经盛行的典型的成形可以用于制造阴影掩模242。
图2B图示了用来在半导体衬底210中形成选择性发射极区230的晶片掩模方法。这里，将掩模244布置成与半导体晶片210接触。这样的掩模244可以是晶片在注入步骤之前的硬掩蔽或者软掩蔽。晶片掩模方法可以通过使用光刻、接触印刷或者更盛行的丝网印刷步骤来实现。它也可以利用用于形成接触沉积的掩蔽和开口处理步骤。这一注入方法的分布式功率密度可以促成未在以往注入方法中使用的掩蔽材料的利用。这样的材料的例子如使用传统上在电路板制造中使用的抗蚀剂和其它低温掩蔽材料。
图2C图示了用于在半导体衬底210中形成选择性发射极区230的局部化等离子体束成形方法。这里，可以将束的所需的脉冲化和设想的背表面天线制成为闭环控制，从而使得将等离子体选择性地引向衬底的某些区域中。在某些实施例中，附加的格栅结构(比如下文更详细讨论的格栅结构)可以用来进一步优化等离子体束的形状，借此可以施加正和/或负电压以实现这样的成形。如图2C中所见，所选区域230与向半导体晶片210的背表面直接施加电压246的位置对准。这一方法可能更适用于较薄的晶片。备选地，等离子体的脉冲化与衬底的可能定位的组合可以用来生成高掺杂区和低掺杂区。这些区域的重叠可以提供电子空穴从适合光转换的低掺杂区向适合电接触格栅线的高掺杂的选择性注入区的、优化的受控流动。可以设想高掺杂区和低掺杂区在衬底在精确受控运动之下在离子束下面移动时重叠。不同区域将不具有明显的边界，并且掺杂水平的渐变可以为电荷在衬底内的流动提供优点。横向掺杂的这样的可变性可以增强电池的操作。
图3图示了根据本发明原理的具有接触格栅线350的太阳能电池300的一个实施例的横截面侧视图。太阳能电池300包括晶片。在某些实施例中，晶片110为156mm x 156mm的晶片。优选地，晶片由半导体材料如硅(单晶或者多晶)形成并且包括p-n结。p-n结由彼此邻近布置的p型掺杂区310和n型掺杂区320形成。金属接触线350印刷或者以别的方式形成于晶片的表面上。设想接触线350也可以由除了金属之外的导电材料形成。在某些实施例中，导电指状物(未示出)也布置在晶片的表面上，以收集来自接触线的电荷并且将它运送到外部负载。
在操作中，在光经过接触线350之间的暴露表面进入晶片的半导体材料时，它通常在n型掺杂区320内被转换成电子-空穴对。电子在一个方向上行进从而被吸入接触350中，而空穴在另一方向上朝着p型掺杂区310行进。在特定区域内的掺杂剂越多，则在该区域内被重新俘获的电子-空穴对越多，从而造成失去更多电力。因此，控制不同区域的掺杂水平是有益的。在其中光被转换成电子-空穴对的区域中，掺杂水平应当相对低。在其中电荷将通过接触线350的区域中，掺杂水平应当高。区域320代表已经用低水平n型掺杂剂均匀掺杂的均匀发射极区。在晶片的表面附近布置在接触线350下面的区域330代表已经用相对高水平的n型掺杂剂选择性地掺杂的选择性发射极区。
由于最小化了均匀发射极区的掺杂剂浓度(借此，最大化了这些区域的电阻率)，并且最大化了选择性发射极区的掺杂剂浓度(借此，最小化了这些区域的电阻率)，所以增加了太阳能电池将所生成的电子的从均匀发射极区经过选择性发射极区传送到接触线的能力，而减少了由于电子-空穴对重新复合而失去电力的风险。此外，虽然更大的接触线可以传导更多的电力，但是它们也阻止更多光进入太阳能电池并且被转换成电子。通过最大化选择性发射极区在接触线附近的掺杂剂浓度，实际上可以使接触线更细，借此允许更多光进入太阳能电池，而同时提高太阳能电池将电子从电子-空穴对生成区传送到接触线的能力。
在某些实施例中，均匀掺杂区被掺杂成具有在近似80欧姆/平方至近似160欧姆/平方范围中的薄片电阻，而选择性掺杂区被掺杂成具有在近似10欧姆/平方至近似40欧姆/平方范围中的薄片电阻。在某些实施例中，均匀掺杂区被掺杂成具有近似100欧姆/平方或者更大的薄片电阻，而选择性掺杂区被掺杂成具有近似25欧姆/平方或者更少的薄片电阻。
在某些实施例中，选择性掺杂区330相互横向间隔开在近似1mm至近似3mm范围中的距离。然而，设想其它间距尺度在本发明的范围内。此外，对于选择性发射极应用而言，预期太阳能电池产业需要注入的接触格栅线350具有从200微米向下至少于50微米的宽度。
通过形成接近表面金属硅化物，等离子体注入系统可以用于功函数的形成和调节以及用于接触沉积的带隙工程。通过金属物质(比如Ta、Ti等)在接近晶片表面的位置的很轻剂量的注入，金属/硅接触得到明显改善。这样的种子注入或者功函数调节注入可以改善接触性能。
图4图示了根据本发明原理的等离子体浸渍注入系统400的一个实施例。这一系统在2009年6月10日递交的发明名称为“APPLICATION SPECIFIC PLASMA IMPLANT SYSTEM FOR USEIN SOLAR CELL FABRICATIONS”的第61/185,596号美国临时申请中公开，该申请如同这里阐述一样通过整体引用并入本文。系统400包括真空室410、气体输入系统420、等离子体生成器430、一个或多个真空泵450以及高压脉冲器480。气体输入系统420、等离子体生成器430和真空泵450一起工作以在真空室460内的在接近目标衬底440的位置处提供等离子体460。高压脉冲器480用来负向偏置目标衬底440。可以使用的脉冲器的例子包括硬管脉冲器，比如平面三极管、功率四极管和Hobetron(大功率中空电子束电流调节开关管)。设想也可以使用其它脉冲器。由于向目标衬底440施加了高的负电压脉冲，所以在等离子体460与目标衬底440之间形成了鞘，并且来自等离子体460的离子470被加速进入目标衬底440中。这一等离子体浸渍注入技术无需任何质量分析。它提供可接受的功率密度和优良的生产率。
这一注入系统具有用于太阳能电池应用的独特能力。为了满足太阳能电池产业的生产率需求，设想多片同时注入。对于为156mmx 156mm伪正方形的典型的四片式衬底(总面积为0.25m2)而言，这样的系统将优选地包括高度为0.3m而鞘为0.5cm的大型等离子体，以及1m的总室高度，并且生成高达15A的等离子体峰值电流。该系统在用于满足太阳能领域的可变并且优选为少于150kV的脉冲能量需求时是有用的。这些电源将与插头兼容，并且将依赖于所用的物质和质量而提供所需的穿透深度。
在某些实施例中，该系统用于单个物质注入，以避免掺杂剂的任何交叉污染。此外，在某些实施例中，室410的内部部分覆盖有适当的材料，以便使金属和其它不希望的污染的可能性最小化。
优选地，比如真空室、多步骤加载锁定、气体递送系统以及自动化和工厂接口这样的部件被配置成符合这样的专用系统或者符合典型的大批量太阳能制造系统。在优选实施例中，该系统以每小时1000+个晶片的生产率操作，以与太阳能电池制造线的自动化相匹配。
可以通过脉冲形状调节来修改掺杂剂分布图，以满足太阳能电池PV制造所需要的定制。一种方法是使用钝化脉冲形成网络机制。还可以通过使用等离子体含量调节来定制分布图，这可以通过对微波或者RF耦合或者任何各种盛行等离子体形成技术与等离子体一起的特殊使用来实现以便修改等离子体条件，并且因此控制成分的分解(这可能影响掺杂剂的化学当量比和存在于等离子体中的基团的分子比)来实现。例如，为了使用固体磷，可以使用它的各种成分(比如P+、P++、P+++、P2 +、P3 +、P5 +等)来确保实现接近表面的定制。这样的定制也可以用于其它掺杂剂，比如p型硼。
等离子体注入技术的直接附带益处在于以氢为主(例如如果掺杂剂的来源为PH3或者B2H6)。氢将同时并且在较高能量下注入，从而有助于提供对质量较差的太阳能电池材料而言独特的并且所需要的自动吸气效果。
能量在等离子体的脉冲化期间的可变性(其中其可以是离散的或者作为连续体)也可以用来形成所需的分布图，并且管理独立的表面浓度、原子分布图成形和结深度。这可以是离散的并且以已知步长，或者可以作为连续体而占用所需的能量处的停顿，以对比所需的分布图。
这一系统的平均分布式功率密度使得该系统本身用来对很薄的晶片(即少于20微米)进行注入，并且确保较厚的晶片在整个工艺期间保持在少于100℃的温度下。这样的分布式功率密度允许利用之前可能在扩散(其运用高温)和定向注入(其运用高的平均功率密度)中尚未考虑的各种硬掩蔽(例如抗蚀剂)材料。依赖于所需的PV应用，本发明的平均分布式功率密度可以通过调节用于高(大于300℃)和低(少于100℃)衬底温度的脉冲的频率和持续时间来调制。
无需后续扩散。如500℃那样低的较低温度退火可以为PV电池的制造提供足够的激活和损伤退火。等离子体注入由于其高的生产率而可以提供更高的剂量，并且因此如果仅掺杂剂的部分被激活，则可以实现期望的电阻率和性能。
在某些实施例中，各种材料或者化合物用来在太阳能电池制造中提供表面钝化。例如，在某些实施例中，在提升的温度下或者使用热解生长方法来沉积和/或生长Si3N4或者SiO2。这样的方法限于盛行化学物，并且不能改变分子组成。然而，通过使用本发明的等离子体注入技术，可以调节分子组成以改善钝化性质。形成SiNx或者引入过量的氮可以提供对这一膜的钝化性质的改善。
尽管上文讨论了等离子体浸渍注入系统的优点，但是本发明提供一种以等离子体格栅注入系统形式的甚至更有益的注入系统。等离子体格栅注入系统提供束流线注入的有益功率密度而又提供等离子体浸渍技术的生产率。
图7图示了根据本发明原理的等离子体格栅注入系统700的一个实施例的横截面侧视图。系统700包括室710，该室容纳第一格栅板750、第二格栅板755和第三格栅板757。格栅板可以由各种不同材料形成，这些材料包括但不限于石墨、碳化硅和钨。每个格栅板包括被配置成允许离子通过的多个孔。等离子体源向室710的等离子体区提供等离子体。在图7中，这一等离子体区位于第一格栅板750之上。在某些实施例中，室壁被配置成使用电场来排斥等离子体区中的离子。例如，在某些实施例中，一个或者多个磁体790耦合到室710的壁。电场用来使等离子体远离壁，借此在等离子体与室壁之间维持间隙，并且避免壁材料的任何溅射离开而进入等离子体。目标衬底定位于格栅板的相反侧上。在图7中，目标衬底位于第三格栅板757之下。如下文将更详细讨论的那样，目标衬底优选地由可调衬底保持器支撑，借此允许目标衬底在均匀注入位置740a与选择性注入位置740b之间调节。
这一系统700的主要特征在于使用通过向第一格栅板750施加DC或者脉冲电势来被加速朝着目标衬底的等离子体离子。这些离子被注入到衬底中。通过使用相对于第一格栅板750而言负向偏置的第二格栅板755避免了由于离子撞击衬底和其它材料所致的二次电子的有害影响。这一负向偏置的第二格栅板755抑制电子从衬底脱落。在某些实施例中，第一格栅板750被偏置成80kV，而第二格栅板755被偏置成-2kV。然而，设想可以运用其它偏置电压。第三格栅板757充当束限定格栅并且优选为接地。将其定位成与衬底的表面接触或者很近，以便提供对注入的最终限定。如果需要选择性注入，则这一格栅板757可以充当束限定掩模并且提供所需的关键对准。可以根据图2A的阴影掩模实施例或者图2B的晶片掩模实施例来配置第三格栅板757以便实现束限定的选择性注入。此外，可以用无需掩模的任何形式的波束成形(比如图2C的脉冲波束成形实施例)来替换或者补充第三格栅板757。
设想格栅板可以用各种方式间隔开。在一个实施例中，第一格栅板750与第二格栅板755分开近似12mm的距离，并且第二格栅板755与第三格栅板757分开近似3mm的距离。然而，可以运用其它测量。
一般而言，可以设想若干格栅布置(比如三极管、四极管和其它格栅布置)，其中格栅布置用来光学控制离子子束。对于均匀注入的情况而言，可以去除限定掩模以提供对晶片的均匀覆盖。可以改变用于利用阴影掩模的选择性注入和用于均匀注入的晶片的位置以受益于多个格栅束限定。例如，对于选择性注入而言，移动晶片740以使其更接近多格栅板组件(750，755，757)，而对于均匀注入而言，移动晶片740a以使其足够远离格栅板组件(750，755，757)以提供由于子束776的空间电荷扩展而形成的统一束。这一格栅板组件可以用来比如通过调节板相对于彼此的位置来将子束776在衬底上进一步聚焦成已知形状，借此消除对任何阴影掩蔽或者任何其它衬底掩膜的需要。这一格栅板组件布置通过限制能量范围并且使脉冲器/PSU成本受限而实现将DC或者脉冲偏置用于使离子加速并且使已经阻碍等离子体浸渍技术的反流电子最少。这极大地简化了所需的电源。
此外，通过将等离子体形成与离子加速去耦合，本发明允许使用独立的方法来在格栅板上方形成等离子体。格栅板可以提供某些程度的束限定。例如，提取的离子束可以被聚焦成选择性发射极应用的特定尺度。
在等离子体格栅注入系统700中，室710被配置成允许等离子体形成和扩展。如先前讨论的那样，第一格栅板750相对于接地处于正电势。通过对这一偏置的格栅板(电极)进行成形并且管理在它的每个开口上方形成的半月780的形状来对离子进行提取和光学成形。
如先前讨论的那样，负向偏置的第二格栅板755抑制反流电子。如衬底740的位置所示，衬底和第三格栅板757(无论它是配置为阴影掩模还是晶片掩模)都可以放置成与第二格栅板755很近邻处，以利用格栅组件的图案限定，如在衬底740b的位置中所示。在该位置处，提取的离子为适当限定的子束这样的形状并且被注入到衬底740b中的选择性区域中。衬底也可以定位成更加远离第一格栅板750和第二格栅板755，以实现使用或者未使用阴影掩模(比如在衬底740a中)的均匀和统一注入。由衬底740a的定位可见，子束776已经由于空间电荷扩展而合并。备选地，可以针对均匀注入和选择性注入使用一个位置，其中选择性注入在存在阴影掩模或者晶片掩模时执行以便提供所需的选择性。
经过孔退出的离子束由于它的性质而是发散的，这是因为等离子体的典型均衡为凸形。离子由于它们的电荷相似而相互排斥，并且它们由于在等离子体内的热运动而具有随机定向的速率。因此，有必要仔细设计格栅板孔和等离子体条件以控制离子的发射率和系统对离子束的接受度这两者。发射率是对束质量的度量。通常，高质量的束具有低的发射率，这意味着离子在发送期间的损失最少。这必须与系统特有的相位-空间边界相平衡，从而使得束在这一边界内拟合或者具有良好的接受度。
在本发明的系统中的离子发散的控制主要通过调节在等离子体进入第一格栅板电极750时在等离子体边界的后继处的半月780的形状来实现。这样的成形可以通过调节在各种电极之间的电压差、开口的形状和在各种电极之间的间距、等离子体的温度、使用多少等离子体气体、等离子体的密度以及提取的离子物质和电流来控制。对于图7中的半月780的凹形圆顶形状，第二格栅板755相对于第一格栅板850必须具有负电势，并且等离子体离子密度必须少于等离子体边界。虽然图7示出了半月780具有圆顶形状，但是设想弯月780也可以被管理成其它形状的形式，包括但不限于圆顶形状完全反转。半月780的形状可以用来对所得离子注入束进行成形。尽管圆顶形状的弯月(比如图7中所示半月780)通常将造成变窄的束，而反转的圆顶形状半月通常将造成扩展的束。
图8图示了根据本发明原理的与系统700类似的等离子体格栅注入系统800的另一实施例的横截面3维透视图。系统800包括室810，该室容纳第一格栅板850、第二格栅板855和第三格栅板857。格栅板可以从包括但不限于硅、石墨、碳化硅和钨的多种不同材料形成。每个格栅板包括被配置成允许离子通过的多个孔。等离子体源向室810的等离子体区提供等离子体。在图8中，这一等离子体区位于第一格栅板850之上。在某些实施例中，等离子体气体经过气体入口820馈送到等离子体区中。在某些实施例中，经过真空端口830向室810的内部施加真空。在某些实施例中，绝缘体895布置在室810的外壁周围。在某些实施例中，如上文讨论的那样，室壁被配置成使用电场来排斥等离子体区中的离子。
目标晶片840定位于格栅板的与等离子体区相反的侧上。在图8中，目标晶片840位于第三格栅板857之下。如先前讨论的那样，在某些实施例中，目标晶片840由可调节的衬底保持器支撑，借此允许目标晶片840在均匀注入位置(与格栅板更近)与选择性注入位置(与格栅板更远)之间调节。通过向第一格栅板850施加DC或者脉冲电势以离子束870的形式将使等离子束朝着目标晶片840加速。这些离子被注入到晶片840中。通过使用相对于初始格栅而言负向偏置的第二格栅板855来避免由于离子撞击晶片804和其它材料所致的二次电子的有害影响。这一负向偏置的第二格栅板855抑制电子从晶片840脱落。在某些实施例中，第一格栅板850被偏置成80kV，而第二格栅板855被偏置成-2kV。然而，设想可以运用其它偏置电压。第三格栅板857充当束限定格栅并且优选为接地。它被定位成与衬底的表面接触或者很近以便提供对注入的最终限定。如果需要选择性注入，则这一格栅板857可以充当束限定掩模并且提供所需的关键对准。可以根据图2A的阴影掩模实施例或者图2B的晶片掩模实施例配置第三格栅板857以便实现束限定的选择性注入。此外，可以用无需掩模的任何形式的波束成形(比如图2C的脉冲波束成形实施例)来替换或者补充第三格栅板857。
设想可以用各种不同方式配置格栅板中的孔。图9A-图9B图示了离子束所通过的不同的格栅板孔的横截面侧视图。在图9A中，格栅板950包括具有统一宽度的孔965a。当格栅板950a正向偏置时，电场形成于它周围。这一电场由电场线951a和电场线953a图示，这些电场线遵循格栅板950a的轮廓。在离子束通过孔965a时，场线951a和场线953a限定离子行进所沿的路径。结果，电场在离子通过孔965a时阻塞离子，借此使所得离子束的宽度变窄。在图9B中，格栅板950b包括宽度从上至下扩展的孔965b。类似于图9A中的格栅板950a，当格栅板950b正向偏置时，电场形成于它周围。这一电场由于电场线951b和电场线953b图示，这些电场线遵循格栅板950b的轮廓。在离子束通过孔965b时，场线951b和场线953b限定离子行进所沿的路径。由于开口965b的宽度从离子进入孔965b时所在的点向离子退出孔965b时所在的点扩展，所以这一孔配置提供可以覆盖比统一配置更大的表面积的所得离子束。
图10图示了根据本发明原理的离子束通过格栅板的一个实施例的横截面侧视图。类似于图7-图8，如先前讨论的那样，在分别正向偏置和负向偏置的第一格栅板1050和第二格栅板1055之上提供等离子体1060。半月1080形成在等离子体束进入第一格栅板电极1050的孔时的等离子体边界处。离子束1070在注入到布置在格栅板组件下面的目标衬底之前穿过第一格栅板电极1050，然后穿过第二格栅板电极1055。格栅板的顶表面和底表面可以被配置成以各种方式管理离子束1070。例如，在某些实施例中，第一格栅板1050的底表面1052在凹形配置中向内成角度，而第二格栅板1055的顶表面1054可以在凸形配置中向外成角度，从而可以使第二格栅板1055中的孔的入口与第一格栅板1050中的孔的出口更近。
图11A-图11B图示了根据本发明原理的不同格栅板孔的平面图。图11A示出了格栅板1050a，该格栅板具有穿过该格栅板形成的多个孔1165a。这些孔1165a基本上为圆形。图11B示出了格栅板1050b，该格栅板具有穿过该格栅板形成的多个孔1165b。这些孔1165b基本上为伸长的矩形槽。在某些实施例中，伸长槽1165b具有宽度为数百微米、长度为数十厘米并且间距为1mm-2mm的尺度，以便使等离子体子束的利用最大化并且创建最终束限定格栅的图像。然而，可以设想更大间距，其中空间电荷束扩展用来获得统一束以提供所需的覆盖。设想孔也可以形成为除了圆形和矩形之外的其它形状。格栅板中的开口的形状和尺度依赖于特定注入所需要的连串的子束的形状和尺度。束光学计算和考虑(比如发射率和空间电荷影响)限定这样的开口的形状和用于制造的材料。第一格栅板中的开口特别关键，以便维持所得等离子体弯月在格栅板开口的形状。这一半月的形状对于离子束的后续光学性质而言是关键的。在第二格栅板的位置、形状和施加的负电势场及其影响弯月形状的可能性对于确保离子束以最小的离子光学影响通过而同时仍然足以阻止电子在相反方向上流动而言是关键的。
两个、三个或者更多个格栅板的组合简化了用于激励格栅板的DC或者脉冲电源单元。对于这些应用而言，设想少于150kV的加速电势，而负向偏置的格栅板近似为-5kV。在合理真空中在第一格栅板与第二格栅板之间的格栅板间距优选为数厘米级，而在第二格栅板与第三格栅板之间的间距优选为数毫米级。在真空中的某些计算和距离可以用于所施加的电压。
第二格栅板电极也可以连接到用于优化所提取的离子质量(比如所需的离子物质的增加的密度和离子能量)的脉冲形成网络，以便优化注入的结分布图。也可以使用在调制中与第二格栅板电极的脉冲形成网络类似的脉冲形成网络来对室中的等离子体源进行脉冲偏置，以便优化如上文提到的提取的离子质量。
对照已经使离子注入系统成为复杂的多模块系统的单束(包括加宽的束)和扫描机制而言，本发明的系统提供了一种使其本身很好地用于形成注入室的简化布置。这种简单的离子束生成(经由等离子体)和离子加速(经由格栅板组件)可以被构造成可以与一般晶片处理平台组合的单个室组件。这样的平台可以支持在制造线中的其它工艺，比如真空沉积、蚀刻和金属化。图12图示了根据本发明原理的加载锁定注入系统1200的一个实施例的平面图。目标晶片可以被加载到真空室1210中，在此处机械手然后可以在真空之下将晶片传送至若干加载锁定室之一。例如，晶片可以被移入若干注入系统1220之一，比如系统700。晶片也可以被移入氮化室1230或者氧化和退火室1240，比如RTP退火室。
另外，这样的平台可以支持一种无需具体的加载锁定机制的多级真空抽运方案。图13图示了根据本发明原理的多级差分抽运注入系统1300的一个实施例的横截面图。在该系统中，目标晶片1380在其到达注入级之前和之后被移动经过多个级。在某些实施例中，晶片1380经由输送带1390移动。然而，设想可以运用其它传送手段。在图13中，在晶片1380到达级1340之前，晶片1380从右向左移动、经过级1310、然后经过级1320、然后经过级1330，其中在每级施加更强的真空。级1310施加少量真空V 1(例如造成0.1毫巴的压强)。级1320施加比级1310大的真空V2(例如造成0.01毫巴的压强)。级1330施加比级1320甚至更大的真空V3(例如造成10-4毫巴的压强)。最终，级1340施加最大的真空V4。在级1340处，使用上文讨论的等离子体格栅注入系统，从而运用多格栅板组件(例如格栅板1342和格栅板1344)。一旦完成注入级，则晶片1380移动经过级1350、然后经过1360并且最终经过级1370，其中每级施加比上级更小的真空。
真空室、多步骤加载锁定或者多级差分抽运传递、气体递送系统以及自动化和工厂接口也可以被配置成符合专用注入系统或者符合典型的大批量太阳能电池制造系统。优选地，系统的生产率为每小时1000+个晶片，以与太阳能电池制造线的自动化相匹配。
对于用于发射极和背表面场(BSF)掺杂的均匀注入而言，对表面浓度、分布图形状和结深度的独立控制可以在满足太阳能电池的光转换性质时发挥重要作用。这样的注入能力将避免形成繁琐的扩散方法中常见的发射极“无用层”。这些层由于在使用扩散来形成电结时积累的未激活的过量的接近表面掺杂剂而形成。用离子注入实现的分布图管理可以避免这样的不足。BSF注入可以用来取代当前遇到一系列失配问题的铝金属化的方法。对这样的BSF注入的控制也将在形成背部接触时提供关键优点。
为了形成其中电池生成电子空穴对的区域，优选地使用至少为100欧姆/平方的掺杂水平。一般而言，在这一区域中的掺杂剂过量阻碍这样的电荷载流子的生成和传送。这一区域通常为较低能量的注入，比如对于硼、BF2、磷、砷、锑和其它类似n型掺杂剂或者p型掺杂剂而言少于150keV。这样的注入以少于1E16cm-2的剂量执行。太阳能电池应用的覆盖统一性的要求估计在5％至10％之间。这要求在等离子体统一性上的类似的均匀性。设想将每个太阳能电池将独立注入以便获得单晶片系统的益处，这是一种显著的注入能力，借此定制用于选择性发射极区的掺杂剂的布局和激活可以防止形成传统无用层问题。由于注入是单侧工艺，所以将无需对太阳能电池的边缘蚀刻或者切割。
这一能力通过将目标衬底定位于格栅组件电极下面的如下距离来实现，该距离远到足以使得子束由于空间电荷扩展而已经收敛成统一束。这一定位可以通过使用将目标衬底移向格栅组件和从格栅组件移开目标衬底的升降器来实现。等离子体强度变化和在第二格栅板上(有时在第一格栅板上)的电势的变化也在光束中提供少于5％(一个西格玛)的统一性。
如上文提到的那样，本发明的另一应用是使用某一形式的掩蔽来生成选择性注入区。这样的区域依赖于其是用于选择性发射极还是选择性BSF而可以是n型或者p型。它也可以是用于所有背部接触太阳能电池的一连串交错的交替掺杂(n/p/n/p...等)区。对于这一应用而言，目标衬底加上掩模可以保持与格栅组件很近，其中子束相差和间隔开大得多。备选地，可以依赖于在晶片处的阴影掩模来提供所需的注入选择性。格栅板开口的尺度可以与衬底掩模相匹配，以求离子束的最佳利用。然而这并不关键，这是因为掩模在晶片上的存在将确保选择性。
在另一实施例中，本发明的等离子体格栅注入系统用于形成和调节用于金属/半导体接触区的带隙工程以及功函数。在这一步骤中，通过在与表面很近的位置处的金属物质注入，金属/硅接触得到明显改善。如上文讨论的类似系统可以在选择性掺杂注入之后用来完成格栅线注入。这样的种子注入或者功函数调节注入可以提高接触性能。
对掺杂剂原子分布图的控制也可以通过在等离子体中可用的多个物质为主来完成。每个等离子体条件将具有以可变比例的带电物质的混合物。这样的比例可以被控制并且是可重复的。这样的混合物质为处于分子和多个电荷状态的所需原子，并且针对相同的施加电压偏置将具有变化的能量。例如，可以向等离子体生成器提供单个类型的掺杂剂材料，在此处，它分解成多个掺杂剂物质。然后利用多个掺杂剂物质向目标衬底注入。例如，使用比如磷化氢的等离子体气体可以用仅一个注入步骤提供不同类型的掺杂剂，这是由于由分解的磷化氢形成的所得掺杂剂物质(P+、P++、P+++、P2 +、P3 +、P5 +等)的不同电荷和不同质量。可以通过调节等离子体的条件(比如所用的功率)来调节每种掺杂剂物质的数量(即它相对于全部离子束的百分比)。就这一点而言，用户可以管理掺杂剂的分解并且可以按照需要定制它(例如80％P+、10％P++、5％P+++、3％P2 +等)。每种物质被注入到晶片中的不同深度处，这是因为它们的能量不同。这一特征可以用于形成汇成对于制造而言理想的所需形状的多个原子分布图。
使用本发明的在包含等离子体的室区与包含衬底的室区之间具有有限开口的格栅板保证有效的差分抽运区。在等离子体区中，必须控制真空以便允许形成等离子体并且使任何其它不需要的物质的存在最小化。然而，差分抽运衬底室也是关键的，这是因为真空由于衬底表面排气和气体的加载锁定脉冲的影响而在一定程度上可变。这一格栅组件也提供对可能对衬底的表面有不利影响的自由基团和其它潜在空气传播的碳氢化合物的保护。
子束的形成及其由于自然空间电荷束扩展所致的后续扩展可以用来提供横向选择性区域注入或者均匀注入。如先前讨论的那样，对于选择性注入而言，目标衬底和限定格栅或者阴影掩模可以被定位成非常接近第三格栅板或者在与均匀注入类似的位置处。衬底与格栅邻近的最小距离取决于对格栅组件的电压保持和施加电势。束限定的阴影掩模的作用在于确保注入区的定位的保真度。这一掩模可以用于改善掩模与衬底的对准，并且因此确保在选择性注入区与丝网印刷或者喷墨印刷于太阳能电池上的后续金属格栅线之间的更高程度的重叠。
衬底的这样的保形掺杂可以用来通过使用掩模和其它独特的选择性掺杂技术来形成均匀发射极区和选择性发射极区这两者。同时，可以定制掺杂剂分布图以通过DC电压、曝光时间、在束之下的衬底运动以及等离子体成分调节来提供独立的表面浓度、分布图的形状和结深度。另外，通过使用掺杂剂的化学当量比和存在于等离子体中的分子基团比，可以进一步增强掺杂剂分布图。这一方法并未排除利用衬底的脉冲化和可能衬底背表面天线或者衬底移动以提供选择性注入所需要的横向定位优点。
本发明的系统可以独立于衬底尺寸而配置。另外，只要保留了等离子体的统一性，就可以同时注入多片衬底，由此允许远超过1000+wph的生产率。
此外，本发明可以提供一种非视线注入方法，并且因此能够对受限的区域(比如多级冶金硅的纹理化表面，该多级冶金硅可能在表面上具有小丘和凹入特征)进行掺杂。对这样的区域进行掺杂是关键的，这是因为缺乏掺杂可能引起金属分流。目标衬底的脉冲化可以用来将离子引向这些受限区。
本发明的注入系统提供用于太阳能电池应用的独特能力。为了满足太阳能电池产业的生产率需求，可以运用多片同时均匀注入，接下来是掩蔽和选择性注入。然而，这样的注入可以按照任何顺序。对于为156mmx 156mm的伪正方形的典型的四片式衬底(总面积为0.25m2)而言，这样的系统优选地包括高度为0.4m而宽度为1.2m的室。这允许等离子体和格栅溢流区，以确保在衬底上的注入的统一性。这样的系统可以与如先前讨论的多级差分抽运非加载锁定布置结合使用，其中衬底可以在输送带或者其它传送机制上从大气侧向真空侧传送并且反之亦然，这简化了整个系统并且减少了材料成本。
本发明的系统预期生成从下式导出的在为90kV的高电压偏置下至少为0.5mA/cm2的平均离子电流密度：
I p = D · Ze ( 1 + γ SE ) A fΔt · T × a × b
其中假设典型的等离子体系统：
一个例子提供为PH3的气体、E16cm-2的剂量、0.25的掺杂剂化学当量比和0.3的等离子体中的基团分子比。
本发明的系统可以用于多个物质，以免掺杂剂的任何交叉污染。此外，在某些实施例中，室的内壁覆盖适当材料以便使金属污染和其它有害污染的可能性最小化并且易于清洁、维修和更换。另外，如先前讨论的那样，可以向内室壁添加局限场(比如电场)以便限制等离子体或者来自周围材料的离子的相互作用。在某些实施例中，可以离子束被偏斜并且可以施加独特的场，以便仅允许所需物质通过而达到目标衬底。
太阳能电池的分布图还可以通过本发明使用等离子体含量调节来定制，这可以通过对微波或者RF耦合与等离子体一起的特殊使用以便如先前讨论的那样修改等离子体强度和温度，并且因此控制成分的分解来实现该调节。这一调节可以实现掺杂剂的化学当量比和存在于等离子体中的基团分子比。例如，为了使用固体磷，它的诸如P+、P++、P+++、P2 +、P3 +、P5 +等各种成分可以用来确保实现接近表面的定制。这一调节也可以用于其它掺杂剂，比如n型硼。
如果使用掺杂剂的适当的源(比如PH3或者B2H6)，则本发明的等离子体注入技术的另一益处在于以氢为主。氢将与其它掺杂剂并且在更高能量同时注入，这将有助于对于质量较差的太阳能电池材料而言独特和有用的自动吸气和表面钝化效果。
以离散步长中或者作为连续体而使等离子体加速的可变能量也可以用来形成所需的分布图并且管理以生成独立的表面浓度、原子分布图成形和结深度。这可以是离散的并且以已知步长，或者可以作为连续体而占用在所需能量处的停顿，以对比所需的分布图。
本发明提供的平均分布式功率密度使其本身用来对很薄的晶片(例如少于20微米)进行注入，无论这些晶片是独立的还是装配于其它衬底上，并且确保更厚的晶片在整个过程内保持于少于100℃的温度下。分布式功率密度也实现对需要低衬底温度操作的非基于硅的衬底(比如CdTe、CIGS和a-Si薄膜衬底)的处理。特别在晶片厚度减少时晶片冷却和加热可能是必需的，这可以用典型背侧水冷却或者气体冷却或者其它类似方法这样的形式来提供。
这样的分布式功率密度允许利用各种硬掩蔽(例如抗蚀剂)材料，这些硬掩蔽材料可能对扩散(高温)和定向注入(高瞬时功率密度)之前尚未考虑。
本发明的另一优点在于无需后续扩散，并且因此如500℃那样低的更低温度退火可以提供可以用于制造PV电池的足够激活和损伤退火。等离子体格栅注入由于它的生产率高而可以提供更高的剂量。因此，如果掺杂剂的仅一部分被激活，则仍然可以实现所需的电阻率和性能。也可以运用自动退火，其中使用束的功率来将衬底加热至这样的期望的温度，从而使得自退火可以发生。另外，平衡衬底、掩模和格栅组件的升高的温度在系统的一般操作、控制和度量中可以是非常有益的。
利用独特等离子体格栅注入系统的高生产率，也可以在无需打破真空的情况下实现SiNx沉积与结掺杂应用结合的集成模块。本发明的等离子体格栅注入系统可以用来实现表面钝化。注入与沉积之间的不同在于离子的能量。能量越低，则离子在表面上停留越多。本发明允许通过使用很低能量的注入而在晶片的表面上形成钝化层，比如氮化物膜。当前使用的技术为化学工艺。本发明允许简单地通过向室的等离子体区中渗入钝化气体(比如硅或者氮)来涂敷钝化层。
图14图示了根据本发明原理的离子注入方法1400的一个实施例的工艺流程图。在步骤1410处，在室的等离子体区内提供等离子体。第一格栅板和第二格栅板布置在该室内。在步骤1420处，负向偏置第二格栅板。第二格栅板包括多个孔并且布置在第一位置。在步骤1430处，正向偏置第一格栅板。第一格栅板包括多个孔并且布置在第一位置。虽然图14示出了负向偏置第二格栅板的步骤在正向偏置第一格栅板的步骤之前，但是在某些实施例中，在偏置第二格栅板之前或者与之同时启动第一格栅板的偏置。在步骤1440处，使来自等离子体区中的等离子体的离子流过正向偏置的第一格栅板中的孔。在步骤1450处，使流过正向偏置的第一格栅板中的孔的离子的至少部分流过负向偏置的第二格栅板中的孔。在步骤1460处，在衬底布置在第一位置的情况下向衬底注入流过负偏置的第二格栅板中的孔的离子的至少部分。然后可以利用调节格栅板和/或衬底的定位来重复该过程以便实现均匀离子注入和选择性离子注入这两者。
图15图示了根据本发明原理的离子注入方法1500的另一实施例的工艺流程图。在步骤1510处，在室的等离子体区内提供等离子体。在步骤1520处，提供包括多个格栅板的格栅组件。每个格栅板包括多个孔。在步骤1530处，在每个格栅板在第一位置之时使来自等离子体区中的等离子体的第一组离子流过格栅组件中的每个格栅板中的孔。在步骤1540处，在衬底在第一位置由衬底保持器支撑之时向衬底均匀注入流过格栅中的孔的第一组离子的至少部分，借此由已经通过相同格栅板的不同孔的第一组离子的组合形成跨衬底的单个横向均匀的离子注入。在步骤1550处，将衬底或者至少一个格栅板的位置调节至第二位置。在步骤1560处，在调节至第二位置之后使来自等离子体区中的等离子体的第二组离子流过格栅组件中的每个格栅板中的孔。在步骤1570处，向衬底选择性地注入在调节至第二位置之后流过格栅板中的孔的第二组离子的至少部分，借此已经通过相同格栅板的不同孔的第二组离子的部分在衬底上形成多个横向间隔开的离子注入。
图16图示了根据本发明原理的离子注入方法1600的又一实施例的工艺流程图。在步骤1610处，向等离子体生成器提供单个类型的掺杂剂材料。在步骤1620处，等离子体生成器将单个类型的掺杂剂材料分解成多个掺杂剂物质。在步骤1630处，向衬底注入多个掺杂剂物质。
在某些实施例中，不同类型的掺杂剂材料的组合用来注入不同的多个掺杂剂物质。在某些实施例中，不同类型的掺杂剂材料可以以前驱形式提供为气体、液体、固体或者其任何组合。
已经在具体实施例方面描述本发明，这些实施例并入细节以便于理解本发明的构造和操作的原理。本文中，对具体实施例及其细节的这种引用并非旨在限制所附权利要求的范围。本领域技术人员将清楚，可以在为了示例而选择的实施例中做出其它各种修改而不脱离如权利要求限定的本发明的精神实质和范围。

Claims (45)

1.一种用于从衬底制造太阳能电池的等离子体格栅注入系统，包括：
等离子体源，被配置成在等离子体区中提供等离子体；
第一格栅板，包括被配置成允许来自所述等离子体区的离子通过所述第一格栅板的多个孔，其中所述第一格栅板被配置成由电源正向偏置；
第二格栅板，包括被配置成在所述离子通过所述第一格栅板之后允许所述离子通过所述第二格栅板的多个孔，其中所述第二格栅板被配置成由电源负向偏置；
第三格栅板，布置在所述第二格栅板与所述衬底保持器之间，所述第三格栅板包括被配置成在所述离子通过所述第二格栅板之后允许所述离子通过所述第三格栅板的多个孔；
衬底保持器，被配置成在如下位置支撑所述衬底，在所述离子通过所述第三格栅板之后在所述位置向所述衬底注入所述离子，以借此掺杂所述衬底并且制造太阳能电池；
由室壁限定的室，其中所述等离子体区、所述第一格栅板、所述第二格栅板和所述第三格栅板容纳于所述室内；以及
输送带，从大气侧向在所述室内的真空侧传送所述衬底，并且
其中：
所述第一格栅板、所述第二格栅板和所述衬底保持器中的至少一个的位置被配置成在均匀注入位置与选择性注入位置之间调节；
所述均匀注入位置被配置成实现跨所述衬底保持器上的所述衬底的单个横向均匀的离子注入，其中所述单个横向均匀的离子注入由已经通过所述第三格栅板的不同孔的子束的组合形成并且通过空间电荷扩展组合成统一束；
所述选择性注入位置被配置成实现所述衬底保持器上的所述衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中所述多个横向间隔开的离子注入由已经通过所述第三格栅板的所述不同孔的子束形成；以及
其中所述第一格栅板、所述第二格栅板和所述第三格栅板形成格栅板组件，其中所述格栅板组件被配置成将所述子束在所述衬底上聚焦成已知形状，由此形成所述选择性注入。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述输送带被配置成传送多个衬底，以用于同时均匀注入，接下来用于同时选择性注入。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述孔基本上为圆孔。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述孔为伸长槽。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述圆孔中的每个孔包括顶端和底端，其中所述底端比所述顶端更接近所述衬底保持器，并且其中每个孔的直径从所述顶端向所述底端渐增。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板包括选自由硅、石墨、碳化硅和钨组成的群组中的材料。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括由室壁限定的室，其中所述等离子体区、所述第一格栅板和所述第二格栅板容纳于所述室内，并且其中所述室壁被配置成使用磁场来排斥所述等离子体区中的离子，以使所述等离子体远离所述室壁。
8.根据权利要求7所述的系统，其中一个或者多个磁体耦合到所述室壁。
9.一种离子注入方法，包括：
在室的等离子体区内提供等离子体；
正向偏置第一格栅板，其中所述第一格栅板包括多个孔并且布置在第一位置；
负向偏置第二格栅板，其中所述第二格栅板包括多个孔并且布置在第一位置；
使来自所述等离子体区中的所述等离子体的离子流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔；
使流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔；以及
向衬底注入流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分，其中所述衬底布置在第一位置；
将所述第一格栅板、第二格栅板和所述衬底保持器中的至少一个的位置调节至第二位置；
在调节至所述第二位置之后在所述等离子体区内提供等离子体；
在调节至所述第二位置之后使来自所述等离子体区中的所述等离子体的离子流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔；
在调节至所述第二位置之后使流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔；以及
在调节至所述第二位置之后向衬底注入流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分，
其中当所述第一格栅板、第二格栅板和所述衬底保持器中的所述至少一个在所述第一位置时执行的所述注入形成跨所述衬底的单个横向均匀的离子注入，其中所述单个横向均匀的离子注入由已经通过所述第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且
其中当所述第一格栅板、第二格栅板和所述衬底保持器中的所述至少一个在所述第二位置时执行的所述注入形成所述衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中所述多个横向间隔开的离子注入由已经通过所述第二格栅板的所述不同孔的离子形成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中阴影掩模布置在与所述衬底相距预定距离处，所述阴影掩模包括穿过所述阴影掩模形成的多个开口，并且所述方法还包括：
在对所述衬底进行注入之前使流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述阴影掩模中的所述开口。
11.根据权利要求9所述的方法，其中光阻剂掩模放置成与所述衬底接触，所述光阻剂掩模包括穿过所述光阻剂掩模形成的多个开口，并且所述方法还包括：
在对所述衬底进行注入之前使流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述光阻剂掩模中的所述开口。
12.根据权利要求9所述的方法，其中第三格栅板布置在所述第二格栅板与所述衬底之间，所述第三格栅板布置在第一位置并且包括被配置成在所述离子通过所述第二格栅板之后允许所述离子通过的多个孔。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三格栅板接地。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：
将所述第一格栅板、第二格栅板、所述第三格栅板和所述衬底保持器中的至少一个的位置调节至第二位置；
在调节至所述第二位置之后在所述等离子体区内提供等离子体；
在调节至所述第二位置之后使来自所述等离子体区中的所述等离子体的离子流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔；
在调节至所述第二位置之后使流过所述正向偏置的第一格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔；
在调节至所述第二位置之后使流过所述负向偏置的第二格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分流过所述第三格栅板中的所述孔；以及
在调节至所述第二位置之后向衬底注入流过所述第三格栅板中的所述孔的所述离子的至少部分，
其中当所述第一格栅板、第二格栅板、所述第三格栅板和所述衬底保持器中的所述至少一个在所述第一位置时执行的所述注入形成跨所述衬底的单个横向均匀的离子注入，其中所述单个横向均匀的离子注入由已经通过所述第三格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且
其中当所述第一格栅板、第二格栅板、所述第三格栅板和所述衬底保持器中的所述至少一个在所述第二位置时执行的所述注入形成所述衬底的多个横向间隔开的离子注入，其中所述多个横向间隔开的离子注入由已经通过所述第三格栅板的所述不同孔的离子形成。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述孔基本上为圆孔。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述孔为伸长槽。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板中的至少一个格栅板的所述孔中的每个孔包括顶端和底端，其中所述底端比所述顶端更接近所述衬底保持器，并且其中每个孔的直径从所述顶端向所述底端渐增。
18.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一格栅板和所述第二格栅板包括选自由硅、石墨、碳化硅和钨组成的群组中的材料。
19.根据权利要求9所述的方法，其中所述等离子体区、所述第一格栅板和所述第二格栅板容纳于由所述室壁限定的室内，并且其中所述室壁被配置成使用电场来排斥所述等离子体区中的离子。
20.根据权利要求9所述的方法，还包括向所述等离子体施加脉冲电压的步骤。
21.根据权利要求9所述的方法，还包括向所述衬底施加脉冲电压的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述脉冲电压被引向所述衬底上的多个不同位置。
23.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在向所述衬底注入所述离子之前将所述衬底传递经过第一多个差分抽运级，其中所述第一多个差分抽运级中的每级包括比所述第一多个差分抽运级中的前一级更低的压强；
将所述衬底从所述第一多个差分抽运级直接传递至注入级；
在向所述衬底注入所述离子之后将所述衬底从所述注入级直接传递至第二多个差分抽运级；以及
将所述衬底传递经过所述第二多个差分抽运级，其中所述第二多个差分抽运级中的每级包括比所述第二多个差分抽运级中的前一级更高的压强，
其中所述注入级包括比所述第一多个差分抽运级和所述第二多个差分抽运级中的任何级更低的压强。
24.一种等离子体格栅注入系统，包括：
等离子体源，被配置成提供等离子体；
格栅组件，包括多个格栅板，其中每个格栅板包括被配置成允许来自所述等离子体的离子通过的多个孔；以及
衬底保持器，被配置成在如下位置支撑衬底，在所述离子通过所述格栅板的所述多个孔之后在所述位置向所述衬底注入所述离子，
其中所述衬底保持器和所述格栅板中的至少一个被配置成在均匀注入位置与选择性注入位置之间调节；
其中所述均匀注入位置被配置成实现跨所述衬底保持器上的所述衬底的单个横向均匀的离子注入，所述单个横向均匀的离子注入由已经通过所述第二格栅板的不同孔的离子的组合形成，并且
其中所述选择性注入位置被配置成实现所述衬底保持器上的所述衬底的多个横向间隔开的离子注入，所述多个横向间隔开的离子注入由已经通过所述第二格栅板的所述不同孔的离子形成。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述多个格栅板包括：
第一格栅板，包括被配置成允许来自等离子体区中的所述等离子体的离子通过的多个孔；以及
第二格栅板，包括被配置成在所述离子通过所述第一格栅板之后允许所述离子通过的多个孔。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述第一格栅板被配置成由电源在DC模式中连续地或者在脉冲模式中正向偏置。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述第二格栅板被配置成由电源在DC模式中连续地或者在脉冲模式中负向偏置。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个格栅板还包括第三格栅板，所述第三格栅板包括被配置成在所述离子通过所述第二格栅板之后允许所述离子通过的多个孔。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第三格栅板被配置成接地。
30.根据权利要求25所述的系统，其中所述第一格栅板、所述第二格栅板和所述衬底保持器都被配置成使它们的位置被调节。
31.一种离子注入方法，包括：
在室的等离子体区内提供等离子体；
提供包括多个格栅板的格栅组件，其中每个格栅板包括多个孔；
在所述格栅组件中的每个所述格栅板在第一位置之时使来自所述等离子体区中的所述等离子体的第一组离子流过每个所述格栅板中的所述孔；
在衬底在第一位置由衬底保持器支撑之时向所述衬底均匀注入流过所述格栅板中的所述孔的所述第一组离子的至少部分，由此由已经通过所述相同格栅板的不同孔的所述第一组离子的组合形成跨所述衬底的单个横向均匀的离子注入；
将所述衬底或者所述格栅板中的至少一个格栅板的位置调节至第二位置；
在调节至所述第二位置之后使来自所述等离子体区中的所述等离子体的第二组离子流过所述格栅组件中的每个所述格栅板中的所述孔；
在调节至所述第二位置之后向所述衬底有选择地注入流过所述格栅板中的所述孔的所述第二组离子的至少部分，由此由已经通过所述相同格栅板的不同孔的所述第二组离子的部分形成所述衬底上的多个横向间隔开的离子注入。
32.根据权利要求31所述的方法，其中调节步骤包括调节所述衬底的位置。
33.根据权利要求32所述的方法，其中调节所述衬底的位置包括移动所述衬底以使其更接近所述格栅组件。
34.根据权利要求31所述的方法，其中调节步骤包括调节所述格栅板之一的位置。
35.根据权利要求34所述的方法，其中调节所述格栅板之一的位置包括移动所述格栅板之一以使其更接近所述衬底。
36.根据权利要求31所述的方法，其中所述多个格栅板包括第一格栅板和第二格栅板，所述第一格栅板被正向偏置，而所述第二格栅板被负向偏置。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述多个格栅板还包括接地的第三格栅板。
38.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述第二格栅板的第一脉冲形成网络，从而使得所述第二格栅板被配置成在脉冲模式中DC负向偏置。
39.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一格栅板、所述第二格栅板和所述衬底保持器均被配置成使其位置可调节。
40.根据权利要求1所述的系统，其中所述第三格栅板是可去掉的。
41.根据权利要求38所述的系统，还包括耦合到所述等离子体源并且与所述第一脉冲形成网络进行调制的第二脉冲形成网络。
42.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述衬底保持器以负向偏置所述衬底的高压脉冲器。
43.根据权利要求1所述的系统，还包括定位于接近所述第三格栅板的阴影掩膜。
44.根据权利要求1所述的系统，还包括放置成与所述衬底接触的硬掩膜。
45.根据权利要求1所述的系统，还包括由室壁限定的室，其中所述等离子体区、所述第一格栅板和所述第二格栅板容纳于所述室内；以及，
其中所述室壁被配置成围绕用于同时注入的多个衬底。
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