532nm的cw激光器，其中連續(xù)波激光器的掃描速度為3m/sec，光束直徑為12微米，激光器直接照射每個點(diǎn)4微秒。如圖10所示當(dāng)激光器功率與掃描速度非常匹配時，需要激光器對硅進(jìn)行照射的時間為總直接照射時間的一半，以在t2時刻達(dá)到大約1400攝氏度的硅熔點(diǎn)。對于該示例，這意味著硅在給定點(diǎn)熔化之前激光束照射該給定點(diǎn)幾乎2微秒。到直接照射停止時(在這種情況下，〖3時刻處再2微秒之后)，熔化的硅已經(jīng)熔化了至少2微秒，同時被加熱到幾乎2000攝氏度，仍遠(yuǎn)低于硅的燒蝕溫度。對于下一個1-2微秒，激光束盡管進(jìn)一步遠(yuǎn)離給定點(diǎn)，但仍向給定點(diǎn)傳遞熱，以允許其溫度繼續(xù)升高，之后非?？焖俚乩鋮s，在〖4時刻達(dá)到硅的凝結(jié)溫度1400攝氏度。因此，能夠利用該方法來避免硅的燒蝕，避免Q開關(guān)操作的熱循環(huán)，并仍在至少2微秒上保持硅熔化，同時仍使用適合于高產(chǎn)量商業(yè)生產(chǎn)的高激光掃描速度。使用來自13瓦激光器的相同Ess值，在硅燒蝕開始之前可以使用低至2m/s的掃描速度，同時可以使用高至5m/s的掃描速度，同時在至少2微秒上保持硅熔化。
[0110]不幸地，在沒有不可接受的低掃描速度的情況下，低于大約12瓦的激光器功率級變得無法熔化硅。盡管將功率級增加至14瓦允許使用高達(dá)lOm/s的掃描速度。在這種情況下，在圖10中，從&至〖2的時間段是大約1微秒，其后是略超過1微秒的進(jìn)一步直接激光照射，直到t3。硅溫度在〖4時刻到達(dá)峰值，在此之后在硅熔化時的12之后大約2毫秒處，在結(jié)。因此，對于硅的充分激光摻雜，滿足了這些條件。在該功率級，可接受的最低掃描速度是3-4m/s，低于3-4m/s在開始發(fā)生娃燒蝕。
[0111]調(diào)整激光掃描速度以適合給定激光器功率Ess (或反之)的一種方法是確保在激光束已經(jīng)近似通過了進(jìn)行激光摻雜的點(diǎn)的一半時激光熔化硅。這等同于圖10中的說法，對于恒定激光掃描速度，V^t2之間的時間間隔近似與從〖2至〖3的時間間隔相同。圖11示出了表示上述的示意圖，其中激光束照射時間小于時間間隔的未熔化硅仍具有表面棱錐，而直接激光束照射時間長于的表面的一部分已經(jīng)熔化，從而破壞了棱錐，并且提供更平坦且反射性更強(qiáng)的表面。在圖11中，點(diǎn)4還沒有被光束照射，而剛剛完成照射點(diǎn)3，光束已經(jīng)通過了點(diǎn)5并且點(diǎn)5冷卻。對于恒定掃描速度激光器，當(dāng)點(diǎn)1和點(diǎn)2之間的距離與點(diǎn)2和點(diǎn)3之間的距離的比值在范圍1: 3至3: 1的范圍內(nèi)時實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。對于比值低于1: 3的實(shí)際激光速度，接近點(diǎn)3的硅已經(jīng)暴露于激光束下太長時間同時在熔化狀態(tài)下，使得硅的燒蝕開始發(fā)生。在另一極端情況下，對于超過3: 1的比值，在點(diǎn)5處重新固化和冷卻的硅有可能還未在超過1微秒時間上被熔化來便于摻雜劑的充分混合。這提供了相對簡單的機(jī)制來檢查激光掃描速度是否與激光功率適當(dāng)匹配，因?yàn)椋梢詫碜怨馐丈浔砻娴姆瓷溥M(jìn)行測量以指示仍被棱錐覆蓋從而還沒有熔化的照射區(qū)的百分比，這進(jìn)而指示比值是否在正確范圍內(nèi)。如果比值太小，則由于75%以上被光束照射的區(qū)域十分平坦且具有反射性，表面反射會太高，而如果比值太高，意味著使得表面遠(yuǎn)不具反射性的棱錐覆蓋了 75%以上被光束照射的區(qū)域。出于這些目的，可以使用各種技術(shù)來測量照射區(qū)的表面反射。例如，出于觀看進(jìn)行激光處理的區(qū)域的目的，通常使用來自照射區(qū)的反射光。測量該反射光的強(qiáng)度(例如，利用光探測器或太陽能電池)會給出所需的信息?？梢詫⒃撔畔⒎答伣o激光控制器，以允許激光控制器自動調(diào)整掃描速度或激光功率，從而確保比值始終保持在正確或期望范圍內(nèi)。
[0112]再次參照圖10，可以識別針對良好激光摻雜的若干條件，為此需要(彼此結(jié)合地)選擇要滿足的適當(dāng)?shù)腅ss和掃描速度的值。首先，硅所達(dá)到的最大溫度Tu必須大于硅的熔化溫度I，并且低于氣化溫度Tv。其次，硅熔化的時間段t5_t2&須超過1微秒，并且優(yōu)選地超過2微秒。第三，出于與器件產(chǎn)量有關(guān)的實(shí)際目的，實(shí)現(xiàn)圖10結(jié)果時激光器的掃描速度需要至少為lm/s。第四，超過20m/s的掃描速度由于不能在足夠長時間內(nèi)保持硅熔化，因此是不適合的。第五，低于10瓦的532nm波長cw激光器提供太低的Ess值，無法允許熔化硅并同時實(shí)現(xiàn)實(shí)際的足夠掃描速度。第六，在超過20瓦的功率級下操作的532nm波長cw激光器提供太高的Ess值，使得激光器掃描速度過快，無法按要求允許熔化的硅在超過1微秒內(nèi)保持熔化。
[0113]對于上述5種方法，通常使用線激光器來代替照射單個點(diǎn)的激光器。對于同時照射整條線而不是典型地15微米直徑小圓的線激光器而言，這些方法的所有相同原理實(shí)用，但是其中在激光器從正進(jìn)行激光摻雜的一條線位置移動到要進(jìn)行激光摻雜的下條線位置的時間段期間不產(chǎn)生Q開關(guān)脈沖。然而，對于連續(xù)波激光器，將激光束從一條線位置移動至下條線位置的掃描速度必須足夠快，使得其間被照射的硅沒有時間達(dá)到熔點(diǎn)。在這種情況下，掃描速度是可變的，從而在接近用于激光摻雜的給定線的位置時降低掃描速度，并然后在離開該位置移動至要定位的下條線的位置時加速。這樣，改變掃描速度仍允許來自激光器的能量采用圖10給出的形式，從而在h時刻與13時刻之間掃描速度較低。
[0114]液體射流和氣體解決方案
[0115]在一些實(shí)施例中，可以將激光包封在液體射流中，使得圍繞激光加熱點(diǎn)的襯底保持冷卻，并且液體可以用于將試劑傳遞至激光處理下的點(diǎn)。
[0116]圖12示意性示出了在用于處理具備介電表面層的襯底時激光器和液體射流的布置。在這種情況下，表面層不需要提供摻雜劑源。如所示，使發(fā)射激光束61的激光器60通過噴嘴單元63中的被遮蓋的窗62 (convered window)凸出。通過噴嘴單元產(chǎn)生液體射流64，液體射流64耦合了激光束61，使得通過全內(nèi)反射向著目標(biāo)引導(dǎo)激光束61。向噴嘴單元63提供液體是通過端口 65來提供的，并且通過噴嘴孔66排出，噴嘴孔66向著目標(biāo)噴射液體。窗62定向?yàn)榻邮毡惠S向引導(dǎo)到液體射流64中的垂直激光束61。激光束61在通過窗62進(jìn)入之前通過合適的透鏡7被聚焦。經(jīng)由液體提供端口 65，利用20至500巴之間的壓力將液體傳遞至噴嘴單元63。液體可以從儲液池72或其他適合的源提供，并且通過供給栗73在壓力下被栗送至噴嘴單元63。液體也可以通過加熱器74來加熱，使得可以控制液體射流的溫度。所產(chǎn)生的液體射流64可以具有近似20至100 μ m范圍內(nèi)的直徑。
[0117]液體射流66和激光束61被視為引導(dǎo)至目標(biāo)，該目標(biāo)是具有30-80nm厚氮化硅層表面層69的250 μ m娃襯底68。如傳統(tǒng)激光摻雜方法一樣，在表面層的區(qū)域上引導(dǎo)液體射流64和激光束61。通過將磷酸添加至液體射流，在氮化硅層和底層硅上發(fā)生強(qiáng)腐蝕作用，其中，表面被激光束61加熱，使得表面層69非常干凈并被精確地?zé)g，而保留襯底68其他各處實(shí)質(zhì)上完好無損。將添加劑從一個或多個供給槽75添加至液體射流64，并且通過相應(yīng)的栗76注入到噴嘴單元63的入口 77中。然而，也可以通過用于清洗的磷酸，或者通過包括附加摻雜劑添加劑(例如，P0C13、PC13、PC15)或者它們的混合物，來利用氮去除同時執(zhí)行硅的表面區(qū)域71的η型摻雜。也可以通過選擇適合的摻雜劑(例如，硼)以類似的方式來實(shí)現(xiàn)Ρ型摻雜。
[0118]液體射流64和激光束61也可以與包括在表面介電層17中的摻雜劑源、被涂覆成介電層上面或下面的涂層(也可以是抗反射涂層16)的源一起使用，或者摻雜劑原子可以以未激活狀態(tài)存在于硅中，從而它們通過熔化和凝結(jié)工藝被吸收到硅結(jié)構(gòu)中(或被激活)，如上參照其他激光器系統(tǒng)所描述的。
[0119]激光操作也可以在氣體環(huán)境下執(zhí)行，以不在液體射流中提供摻雜劑的情況下實(shí)現(xiàn)摻雜表面區(qū)域71。參照圖13，在這種情況下，激光器60發(fā)射激光束61，激光束61被引導(dǎo)通過包含目標(biāo)襯底68的腔室81中的窗82。經(jīng)由控制閥84和端口 83將氣體形式的摻雜劑源從受壓存儲儲氣瓶(storage cylinder)85提供到腔室81。經(jīng)由排氣端口 86和排氣閥87將氣體從腔室中排放到清除通道88。如前所述，在襯底68的表面上掃描激光，熔化抗反射涂層69和底層表面的一部分，從而將氣體摻雜劑吸收到熔化的硅表面材料中，以形成摻雜表面層71。
[0120]盡管以上結(jié)合使用在液體射流內(nèi)投射的激光束描述了對氣體環(huán)境的使用，同樣也可以利用與液體射流不相關(guān)聯(lián)的上述任何其它激光器布置來采用氣體環(huán)境。也可以利用描述的任何激光器布置，而并非作為用于投射激光束的液體射流，來采用液體摻雜劑源。液體源可以在正進(jìn)行摻雜的表面上匯集或流動，或者可以作為引導(dǎo)至激光加熱點(diǎn)處的射流來應(yīng)用。
[0121]優(yōu)選的抗反射涂層
[0122]以下描述多層ARC的實(shí)施例，可以在單次工藝中(使用單個設(shè)備)沉積多層ARC，以實(shí)現(xiàn)針對高效率商用太陽能電池的熱膨脹失配校正。
[0123]所采用的方法是使用可以在單次直線PECVD、E光束或?yàn)R射沉積工藝中沉積的三層ARC。第一極薄層可以是氮化硅，并且僅需要厚到足以提供表面鈍化和針對后續(xù)硅鈍化的氫源，但是不需要太厚以免在熱循環(huán)期間給硅表面施加應(yīng)力。期望第二層是厚度為大約100至300埃、熱膨脹系數(shù)小于正被處理的半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)的材料，以確保半導(dǎo)體表面在升高溫度下時置于壓縮而并非張力下。這避免了熱膨脹失配，否則熱膨脹失配會產(chǎn)生在ARC與半導(dǎo)體材料之間，并且導(dǎo)致由于半導(dǎo)體表面通過覆蓋的ARC被置于張力下而引起的升高溫度下的缺陷產(chǎn)生。重要的是，該第二層的厚度需要足夠薄，以免具有顯著的光學(xué)影響。第三且目前為止最厚的層是諸如以適當(dāng)厚度和折射率沉積的材料(例如，氮化硅)，以為ARC提供所需的抗反射光學(xué)特性。
[0124]作為示例，當(dāng)用于制造器件的半導(dǎo)體材料是晶體硅時，已知這種材料在表面處于張力下(具體地如果處于升高溫度下)時容易遭受缺陷。已知通過等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)而沉積的氮化硅在鈍化硅表面、體和晶粒邊界方面做得很好，主要是由于存在于沉積的氮化硅中的高濃度原子氫能夠系緊硅表面、缺陷或晶粒邊界處的懸空鍵。因此在半導(dǎo)體材料是晶體硅的情況下，10-200埃厚度范圍的薄層PECVD氮化硅是第一層的良好選擇。
[0125]該示例中第二層的良好選擇是二氧化硅或氮氧化硅，因?yàn)樗鼈兙哂斜裙璧臒崤蛎浵禂?shù)小的熱膨脹系數(shù)，并且也可以通過適當(dāng)?shù)馗淖儦怏w及其流動速率來由PECVD沉積。該層的厚度十分重要。如果太厚，則第二層過度劣化總的ARC光學(xué)特性，因?yàn)槠湔凵渎什⒉环浅＿m合于ARC的要求。如果太薄，則該層不能補(bǔ)償通過明顯更厚的ARC的覆蓋第三層在硅表面上產(chǎn)生的應(yīng)力。該第二層至少像第一層一樣厚，但是不能像第三層那么厚。利用PECVD能夠在具有分級構(gòu)成和折射率方面調(diào)整該層，以進(jìn)一步幫助優(yōu)化。包括一些氮允許實(shí)現(xiàn)從低于1.5到高于2的幾乎任何反射率的氮氧化硅。
[0126]第三層的良好選擇是可以在與前兩個層相同的設(shè)備和工藝中沉積的PECVD氮化硅。第三層具有接近理想折射率的折射率，同時結(jié)合前兩個層的厚度來選擇厚度，以總體上給出最佳抗反射特性。三個層的典型厚度是:對于折射率為2.0的第一層是100埃，對于折射率為1.5-1.6的第二層是180埃，對于折射率為2.0的第三層是400埃。該多層ARC的整體反射幾乎與理想SLARC相同，僅具有大約1%的反射增加。
[0127]示例1