FR3129769A1

FR3129769A1 - Procédé de passivation

Info

Publication number: FR3129769A1
Application number: FR2112689A
Authority: FR
Inventors: Baptiste MARTEAU; Thibaut Desrues; Bernadette Grange
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-02
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: EP4441799A1; US20250031478A1; WO2023094403A1; FR3129769B1

Abstract

Procédé de passivation, comportant les étapes successives : a) prévoir une structure comportant : - un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ; - des premier et second films d’oxyde (2, 3) ; b) appliquer un rayonnement ultraviolet à la structure, sous une atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde (2’) présente : - une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde (3), et/ou - une composition plus proche du composé stœchiométrique ; c) former des première et seconde couches de polysilicium (4, 5), respectivement sur les premier et second films d’oxyde (2’, 3), et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore ; d) appliquer un traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température d’activation électrique des atomes de bore de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante. Figure 1

Description

Procédé de passivation

L’invention se rapporte au domaine technique de la passivation de surfaces d’un substrat à base de silicium cristallin.

L’invention trouve notamment son application dans la fabrication de cellules photovoltaïques, et en particulier de cellules photovoltaïques à base de silicium. La passivation des surfaces est un enjeu majeur du secteur photovoltaïque. Elle permet de limiter les recombinaisons entre les porteurs minoritaires et majoritaires, et donc d’augmenter le nombre de porteurs collectés, ce qui se traduit par une amélioration significative de l’efficacité.

État de l’art

Une cellule photovoltaïque connue de l’état de la technique comporte :
- un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
- des premier et second films d’oxyde, formés respectivement sur les première et seconde surfaces du substrat ;
- des première et seconde couches de polysilicium, formées respectivement sur les premier et second films d’oxyde, et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore.

L’empilement « couche de polysilicium sur film d’oxyde » permet d’obtenir une bonne passivation des surfaces du substrat. En effet, les films d’oxyde permettent de combler les liaisons pendantes aux surfaces du substrat, ce qui permet d’obtenir une passivation chimique des surfaces. Les films d’oxyde assurent également un rôle de barrière contre la diffusion des atomes de phosphore et des atomes de bore de la couche de polysilicium correspondante vers le substrat. Les films d’oxyde permettent donc de conserver un dopage suffisant des couches de polysilicium en atomes de phosphore et de bore afin d’obtenir un contact électrique de bonne qualité.

Cependant, la passivation des surfaces du substrat requiert une activation électrique des atomes de phosphore et des atomes de bore. Or, la température d’activation électrique optimale des atomes de bore est strictement supérieure à la température d’activation électrique des atomes de phosphore. A titre d'exemple illustratif, la température d’activation électrique optimale des atomes de bore peut être de l’ordre de 950°C, et la température d’activation électrique des atomes de phosphore peut être de l’ordre de 875°C lorsque les couches de polysilicium présentent une épaisseur de 15 nm, les films d’oxyde présentent une épaisseur de 1,5 nm et les atomes de bore/phosphore sont implantés par une technique d’implantation ionique par immersion plasma. L’application d’un traitement thermique à une température supérieure ou égale à la température d’activation électrique des atomes de bore peut conduire alors à une diffusion excessive des atomes de phosphore hors de la couche de polysilicium, pouvant entraîner une dégradation importante des performances de la cellule photovoltaïque.

Une solution pourrait consister à appliquer deux traitements thermiques successifs pour activer électriquement séparément les atomes de phosphore et les atomes de bore de manière optimale. Cette solution n’est pas satisfaisante d’un point de vue industriel en raison d’une augmentation significative du temps d’opération.

L’homme du métier recherche donc l’application d’un unique traitement thermique pour activer électriquement les atomes de bore et les atomes de phosphore simultanément, tout en évitant une diffusion excessive des atomes de phosphore dégradant les performances de la cellule photovoltaïque.

L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a) prévoir une structure comportant :
- un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
- des premier et second films d’oxyde, formés respectivement sur les première et seconde surfaces du substrat ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet à la structure, sous une atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde présente :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde, et/ou
- une composition plus proche du composé stœchiométrique ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium, respectivement sur les premier et second films d’oxyde, et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant la structure et les première et seconde couches de polysilicium, le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.

Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet, grâce à l’étape b), d’activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore simultanément lors de l’étape d), tout en empêchant une diffusion excessive des atomes de phosphore hors de la première couche de polysilicium lors de l’étape d). En effet, le traitement UV-ozone appliqué lors de l’état b) permet, en augmentant l’épaisseur et/ou en modifiant la composition (plus proche d’une composition stœchiométrique par rapport à la composition de l’étape a)) du premier film d’oxyde, d’améliorer le blocage de la diffusion des atomes de phosphore de la première couche de polysilicium vers le substrat lors de l’étape d). En effet, l’augmentation de l’épaisseur et/ou la modification de la composition du premier film d’oxyde (grâce à une composition plus proche du composé stœchiométrique, voire tendant vers le composé stœchiométrique) améliorent sa qualité de barrière de diffusion pour les atomes de phosphore, cette barrière de diffusion pouvant alors résister à une température supérieure ou égale à la température d’activation électrique des atomes de bore.

Le procédé selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :
a₁) prévoir un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
a₂) traiter chimiquement les première et seconde surfaces du substrat à l’aide d’un agent oxydant de manière à former les premier et second films d’oxyde.

Ainsi, un avantage procuré est de profiter d’un traitement chimique (par exemple pour un nettoyage des première et seconde surfaces) pour former les premier et second films d’oxyde.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :
a₁ _’) prévoir un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
a₂ _’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces du substrat de manière à former les premier et second films d’oxyde de type oxyde thermique.

Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir former les premier et second films d’oxyde thermique dans le même bâti industriel que celui pour former les première et seconde couches de polysilicium, le bâti industriel étant par exemple adapté pour un dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD pour« Low Pressure Chemical Vapor Deposition» en langue anglaise).

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :
a_1’’) prévoir un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
a_2’’) traiter chimiquement les première et seconde surfaces du substrat à l’aide d’un agent oxydant de manière à former une première partie des premier et second films d’oxyde ;
a_3’’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces oxydées du substrat de manière à former une deuxième partie des premier et second films d’oxyde.

Ainsi, un avantage procuré par le fait de combiner un traitement chimique et un traitement thermique pour former les premier et second films d’oxyde est :
(i) de profiter d’un nettoyage des surfaces pour former la première partie des films d’oxyde,
(ii) d’utiliser le même bâti industriel pour former la deuxième partie des films d’oxyde et les couches de polysilicium, le bâti industriel étant par exemple adapté pour un dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD pour« Low Pressure Chemical Vapor Deposition» en langue anglaise).

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde sont de type oxyde tunnel.

Ainsi, un avantage procuré est d’assurer un rôle de barrière de diffusion aux atomes de phosphore et aux atomes de bore, tout en autorisant la circulation d’un courant électrique en son sein avantageusement par effet tunnel.

L’invention a également pour objet un procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a’) prévoir un substrat à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces opposées ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet au substrat, sous une atmosphère d’ozone, de manière à former des premier et second films d’oxyde, respectivement sur les première et seconde surfaces du substrat ; le premier film d’oxyde présentant :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde, et/ou
- une composition tendant vers le composé stœchiométrique ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium, respectivement sur les premier et second films d’oxyde, et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant le substrat, les premier et second films d’oxyde, et les première et seconde couches de polysilicium, le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.

Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet, grâce à l’étape b), d’activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore simultanément lors de l’étape d), tout en empêchant une diffusion excessive des atomes de phosphore hors de la première couche de polysilicium lors de l’étape d). En effet, le traitement UV-ozone appliqué lors de l’état b) permet de former un premier film d’oxyde :
- plus épais que le second film d’oxyde, et/ou
- de composition tendant vers le composé stœchiométrique.

Un tel traitement UV-ozone permet par là-même d’améliorer le blocage de la diffusion des atomes de phosphore de la première couche de polysilicium vers le substrat lors de l’étape d). En effet, l’épaisseur obtenue du premier film d’oxyde (plus importante que celle du second film d’oxyde) et/ou la composition obtenue du premier film d’oxyde (tendant vers le composé stœchiométrique) améliorent sa qualité de barrière de diffusion pour les atomes de phosphore, cette barrière de diffusion pouvant alors résister à une température supérieure ou égale à la température d’activation électrique des atomes de bore.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape b) est exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde sont de type oxyde tunnel.

Selon une caractéristique de l’invention, le rayonnement ultraviolet appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, est adapté pour que l’épaisseur et/ou la composition du premier film d’oxyde obtenues à l’issue de l’étape b) limitent la diffusion des atomes de phosphore dans le substrat lors de l’étape d).

Ainsi, un avantage procuré est d’améliorer les performances de la cellule photovoltaïque.

Selon une caractéristique de l’invention, le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, selon une densité de puissance surfacique comprise entre 28 W/cm²et 32 W/cm².

Selon une caractéristique de l’invention, le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, à une longueur d’onde comprise dans la bande d’absorption de l’ozone, de préférence comprise entre 250 nm et 255 nm.

Ainsi, un avantage procuré est d’améliorer l’efficacité du traitement UV-ozone.

Selon une caractéristique de l’invention, la température à laquelle est appliqué le traitement thermique lors de l’étape d) est comprise entre 950°C et 1050°C.

Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore simultanément.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape c) comporte les étapes :
c₁) former les première et seconde couches de polysilicium, respectivement sur les premier et second films d’oxyde ;
c₂) implanter les atomes de phosphore et les atomes de bore, respectivement dans les première et seconde couches de polysilicium, de préférence par une technique d’implantation ionique par immersion plasma.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape c) est exécutée de sorte que les atomes de phosphore et les atomes de bore présentent une densité volumique supérieure à 10²⁰at./cm³à l’issue de l’étape d).

Ainsi, un avantage procuré est de créer un fort effet de champ propice à une bonne passivation des surfaces du substrat, ainsi que de former une zone de contact électrique de bonne qualité.

Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comporte une étape e) consistant à former des première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur, respectivement sur les première et seconde couches de polysilicium, l’étape e) étant exécutée après l’étape d).

Ainsi, un avantage procuré par les couches d’oxyde transparent conducteur est notamment d’assurer le contact électrique entre une électrode (par exemple métallique) et le substrat. Les couches d’oxyde transparent conducteur, avec une épaisseur adaptée, peuvent également assurer un rôle de couche antireflet. La couche antireflet permet de réduire les pertes optiques liées aux réflexions du rayonnement lumineux, et donc d’optimiser l’absorption du rayonnement lumineux par le substrat.

Selon une caractéristique de l’invention, le procédé comporte une étape f) consistant à former des électrodes sur les première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur.

Définitions

- Par « passivation », on entend la neutralisation de défauts électriquement actifs aux surfaces du substrat. En effet, une surface d’un substrat en silicium cristallin présente une densité de défauts (e.g. liaisons pendantes, impuretés, discontinuité du cristal etc.) pouvant entraîner des pertes non négligeables liées à la recombinaison en surface des porteurs dans le cas d’une application photovoltaïque.

- Par « substrat », on entend le support mécanique, autoporté, destiné à la fabrication d’une cellule photovoltaïque. Le substrat peut être une tranche («wafer» en langue anglaise) découpée dans un lingot de silicium cristallin.

- Par « cristallin », on entend la forme multicristalline ou la forme monocristalline du silicium, excluant donc le silicium amorphe.

- Par « à base de », on entend que le silicium cristallin est le matériau principal et majoritaire composant le substrat.

- Par « appliqué à la structure », on entend que le rayonnement ultraviolet peut être appliqué sur tout ou partie de la structure, c'est-à-dire :
soit d’un seul côté de la structure (le côté défini par la première surface du substrat), le côté défini par la seconde surface du substrat n’étant pas exposé au rayonnement ultraviolet ;
soit successivement des deux côtés de la structure.

- Par « épaisseur », on entend la dimension s’étendant suivant la normale à la première surface (ou à la seconde surface) du substrat.

- Par « composition », on entend la composition atomique d’un film d’oxyde.

- Par « composé stœchiométrique », on entend un composé possédant une composition atomique présentant des proportions stœchiométriques. Par exemple, lorsqu’un film d’oxyde est réalisé dans un oxyde de silicium SiO_2-x, le dioxyde de silicium SiO₂est un composé stœchiométrique, possédant une composition atomique présentant des proportions stœchiométriques, tandis que l’oxyde de silicium SiO_2-xest un composé non-stœchiométrique, possédant une composition atomique présentant des proportions non-stœchiométriques, « x » étant l’écart à la stœchiométrie avec x>0 ou x<0.

- Par « plus proche », on entend que les proportions atomiques du film d’oxyde obtenu à l’issue de l’étape b) sont plus proches des proportions stœchiométriques du composé stœchiométrique au regard des proportions atomiques initiales du film d’oxyde prévu lors de l’étape a). Les proportions atomiques du film d’oxyde obtenu à l’issue de l’étape b) peuvent tendre vers les proportions stœchiométriques du composé stœchiométrique.

- Par « tendant vers » ou « tendre vers », on entend que les proportions atomiques du film d’oxyde obtenu à l’issue de l’étape b) sont suffisamment proches des proportions stœchiométriques du composé stœchiométrique (i.e. diminution de la valeur absolue de l’écart « x » à la stœchiométrie) pour considérer que le film d’oxyde se comporte comme un film d’oxyde stœchiométrique.

- Le terme « polysilicium » désigne également le silicium polycristallin.

- Par « film d’oxyde tunnel », on entend un film d’oxyde suffisamment fin pour autoriser la circulation d’un courant électrique en son sein avantageusement par effet tunnel.

- Par « oxyde transparent conducteur » (TCO pour «Transparent Conductive Oxyde» en langue anglaise), on entend un oxyde transparent dans tout ou partie du spectre solaire, et électriquement conducteur. Par exemple, l’oxyde transparent conducteur peut présenter une transmittance supérieure ou égale à 60 % (de préférence supérieure ou égale à 80 %) sur le spectre [300 nm, 900 nm].

- Par « activation électrique », on entend un apport d’énergie de nature thermique pour provoquer la migration des dopants (atomes de phosphore/bore) en sites substitutionnels dans lesquels ils seront susceptibles d’engendrer des porteurs.

- Les valeurs X et Y exprimées à l’aide des expressions « entre X et Y » ou « compris entre X et Y » sont incluses dans la plage de valeurs définie.

D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.

(1a à 1g) sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d’un premier mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

(2a à 2g) sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d’un deuxième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

(3a à 3f) sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d’un troisième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

(4a à 4f) sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d’un quatrième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

(5a à 5f) sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d’un cinquième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

Il est à noter que les dessins décrits ci-avant sont schématiques, et ne sont pas nécessairement à l’échelle par souci de lisibilité et pour en simplifier leur compréhension. Les coupes ont été effectuées selon la normale à la première surface (ou à la seconde surface) du substrat.

Exposé détaillé des modes de réalisation

Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. Les premier et second films d’oxyde porteront respectivement les références « 2 » et « 3 » avant l’étape b). Les premier et second films d’oxyde porteront respectivement les références « 2’ » et « 3’ » si le film d’oxyde correspondant a été modifié ou créé par un traitement UV-ozone à l’issue de l’étape b).

Traitement UV-Ozone modifiant des films d’oxyde existants

Comme illustré aux figures 1 à 4, un objet de l’invention est un procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a) prévoir une structure comportant :
- un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ;
- des premier et second films d’oxyde 2, 3, formés respectivement sur les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 ;
la situation à l’issue de l’étape a) est illustrée aux figures 1 (1c), 2 (2b), 3 (3b), 4 (4b) ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet à la structure, sous une atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde 2’ présente :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde 3, 3’ ; et/ou
- une composition plus proche du composé stœchiométrique ;
la situation à l’issue de l’étape b) est illustrée aux figures 1 (1d), 2 (2d), 3 (3c), 4 (4c) ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium 4, 5, respectivement sur les premier et second films d’oxyde 2’, 3 ; 2’, 3’, et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ; la situation à l’issue de l’étape c) est illustrée aux figures 1 (1e), 2 (2e), 3 (3d), 4 (4d), 5 (5d) ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant la structure et les première et seconde couches de polysilicium 4, 5, le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.

Etape a)

Le substrat 1 de la structure prévue lors de l’étape a) est avantageusement dopé de type n. Les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 peuvent être destinées à être exposées à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture bifaciale.

L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 sont texturées afin de réduire le coefficient de réflexion et les pertes optiques dans la cellule photovoltaïque. Les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 comportent préférentiellement des motifs en pyramide inversée, agencés pour créer une rugosité de surface. La texturation est préférentiellement exécutée par une attaque chimique à base d’hydroxyde de potassium KOH.

À titre d’exemple non limitatif, le substrat 1 peut présenter une épaisseur de l’ordre de 150 µm.

L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde 2, 3 sont de type oxyde tunnel. L’étape a) est avantageusement exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde 2, 3 tunnel présentent une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.

Les premier et second films d’oxyde 2, 3 sont avantageusement des oxydes de silicium. Par « oxyde de silicium », on entend un composé de formule SiO_2-x.

Selon un mode de mise en en œuvre illustré aux figures 2 et 3, l’étape a) comporte les étapes :
a₁) prévoir un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ; l’étape a₁) est illustrée aux figures 2a et 3a ;
a₂) traiter chimiquement les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 à l’aide d’un agent oxydant de manière à former les premier et second films d’oxyde 2, 3 ; l’étape a₂) est illustrée aux figures 2 (2b) et 3 (3b).

L’étape a₂) peut comporter les étapes :
a₂₀) appliquer une solution d’acide fluorhydrique HF sur les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 afin de les désoxyder ;
a₂₁) rincer les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 avec de l’eau déionisée pour les réoxyder.

Selon un mode de mise en œuvre illustré à la , l’étape a) comporte les étapes :
a₁ _’) prévoir un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ; l’étape a_1’) est illustrée à la (4a) ;
a₂ _’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 de manière à former les premier et second films d’oxyde 2, 3 de type oxyde thermique ; l’étape a₂ _’) est illustrée à la (4b).

À titre d’exemple non limitatif, l’étape a_2’) peut être exécutée à une température de 580°C.

Selon un mode de mise en œuvre illustré à la , l’étape a) comporte les étapes :
a_1’’) prévoir un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ; l’étape a_1’’) est illustrée à la (1a) ;
a_2’’) traiter chimiquement les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 à l’aide d’un agent oxydant de manière à former une première partie 2a, 3a des premier et second films d’oxyde 2, 3 ; l’étape a₂ _’’) est illustrée à la (1b) ;
a_3’’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces 10, 11 oxydées du substrat 1 de manière à former une deuxième partie 2b, 3b des premier et second films d’oxyde 2, 3 ; l’étape a₃ _’’) est illustrée à la (1c).

L’étape a₂ _’’) peut comporter les étapes :
a₂₀ _’’) appliquer une solution d’acide fluorhydrique HF sur les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 afin de les désoxyder ;
a₂₁ _’’) rincer les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 avec de l’eau déionisée pour les réoxyder.

À titre d’exemple non limitatif, l’étape a₃ _’ _’) peut être exécutée à une température de 580°C.

Etape b)

Selon un mode de mise en œuvre illustré aux figures 1, 3, 4, l’étape b) consiste à appliquer le rayonnement ultraviolet, sous l’atmosphère d’ozone, d’un seul côté de la structure, en l’occurrence le côté défini par la première surface 10 du substrat 1 où seront présents les atomes de phosphore lors de l’étape c). Le premier film d’oxyde 2 obtenu à l’issue de l’étape b) est référencé « 2’ ». Le rayonnement ultraviolet est appliqué sous l’atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde 2’ présente, à l’issue de l’étape b) :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde 3 ; et/ou
- une composition plus proche du composé stœchiométrique.

Selon un mode de mise en œuvre illustré à la , l’étape b) comporte les étapes :
b₁) appliquer un premier rayonnement ultraviolet, sous l’atmosphère d’ozone, du côté de la structure défini par la seconde surface 11 du substrat 1, de manière à augmenter l’épaisseur et/ou modifier la composition du second film d’oxyde 3 ; l’étape b₁) est illustrée à la (2c) ; le second film d’oxyde 3 obtenu à l’issue de l’étape b₁) est référencé « 3’ » ;
b₂) appliquer un second rayonnement ultraviolet, sous l’atmosphère d’ozone, du côté de la structure défini par la première surface 10 du substrat 1, de manière à augmenter l’épaisseur et/ou modifier la composition du premier film d’oxyde 2 ; l’étape b₂) est illustrée à la (2d) ; le premier film d’oxyde 2 obtenu à l’issue de l’étape b₁) est référencé « 2’ ».

Le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b₂) sous l’atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde 2’ présente, à l’issue de l’étape b₂) :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde 3’ [i.e. second film d’oxyde obtenu à l’issue de l’étape b₁)] ; et/ou
- une composition plus proche du composé stœchiométrique.

A cet effet, l’homme du métier pourra notamment augmenter la durée d’exposition au rayonnement ultraviolet lors de l’étape b₂) par rapport à l’étape b₁), pour une densité de puissance surfacique donnée du rayonnement ultraviolet.

Les étapes b₁) et b₂) ne sont pas concomitantes mais successives. Il est à noter que les étapes b₁) et b₂) peuvent être interverties.

Traitement UV-ozone créant des films d’oxyde

Comme illustré à la , un objet de l’invention est un procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a’) prévoir un substrat 1 à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ; l’étape a’) est illustrée à la (5a) ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet au substrat 1, sous une atmosphère d’ozone, de manière à former des premier et second films d’oxyde 2’, 3’, respectivement sur les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 ; le premier film d’oxyde 2’ présentant :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde 3’, et/ou
- une composition tendant vers le composé stœchiométrique ;
l’étape b) est illustrée à la (5b et 5c) ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium 4, 5, respectivement sur les premier et second films d’oxyde 2’, 3’, et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ; la situation à l’issue de l’étape c) est illustrée à la (5d) ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant le substrat 1, les premier et second films d’oxyde 2’, 3’, et les première et seconde couches de polysilicium 4, 5, le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.

Etape a’)

Le substrat 1 prévu lors de l’étape a’) est avantageusement dopé de type n. Les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 peuvent être destinées à être exposées à un rayonnement lumineux de manière à former une architecture bifaciale.

L’étape a’) est avantageusement exécutée de sorte que les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 sont texturées afin de réduire le coefficient de réflexion et les pertes optiques dans la cellule photovoltaïque. Les première et seconde surfaces 10, 11 du substrat 1 comportent préférentiellement des motifs en pyramide inversée, agencés pour créer une rugosité de surface. La texturation est préférentiellement exécutée par une attaque chimique à base d’hydroxyde de potassium KOH.

Etape b)

L’étape b) est avantageusement exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde 2’, 3’ sont de type oxyde tunnel. L’étape b) est avantageusement exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde 2’, 3’ tunnel présentent une épaisseur inférieure ou égale à 3 nm, de préférence inférieure ou égale à 2 nm.

Les premier et second films d’oxyde 2’, 3’ sont avantageusement des oxydes de silicium. Par « oxyde de silicium », on entend un composé de formule SiO_2-x.

L’étape b) peut comporter les étapes :
b₁) appliquer un premier rayonnement ultraviolet, sous l’atmosphère d’ozone, du côté de la seconde surface 11 du substrat 1, de manière à former le second film d’oxyde 3’ ; l’étape b₁) est illustrée à la (5b) ;
b₂) appliquer un second rayonnement ultraviolet, sous l’atmosphère d’ozone, du côté de la la première surface 10 du substrat 1, de manière à former le premier film d’oxyde 2’ ; l’étape b₂) est illustrée à la (5c).

Le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b₂) sous l’atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde 2’ présente, à l’issue de l’étape b₂) :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde 3’ ; et/ou
- une composition tendant vers le composé stœchiométrique.

Caractéristiques communes aux objets de l’invention

Etape b)

Le rayonnement ultraviolet appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, est avantageusement adapté pour que l’épaisseur et/ou la composition du premier film d’oxyde 2’ obtenues à l’issue de l’étape b) limitent la diffusion des atomes de phosphore dans le substrat lors de l’étape d).

Le rayonnement ultraviolet est avantageusement appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, selon une densité de puissance surfacique comprise entre 28 W/cm²et 32 W/cm².

Le rayonnement ultraviolet est avantageusement appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, à une longueur d’onde comprise dans la bande d’absorption de l’ozone, de préférence comprise entre 250 nm et 255 nm.

Etape c)

L’étape c) comporte avantageusement les étapes :
c₁) former les première et seconde couches de polysilicium 4, 5, respectivement sur les premier et second films d’oxyde 2’, 3 ; 2’, 3’ ;
c₂) implanter les atomes de phosphore et les atomes de bore, respectivement dans les première et seconde couches de polysilicium 4, 5, de préférence par une technique d’implantation ionique par immersion plasma.

Il s’agit alors d’un dopage de type ex-situ des première et seconde couches de polysilicium 4, 5, respectivement en atomes de phosphore et en atomes de bore.

Lorsque l’étape c₂) est exécutée par une technique d’implantation ionique par immersion plasma, l’implantation des atomes de phosphore est préférentiellement réalisée sous une atmosphère comportant de la phosphine PH₃, tandis que l’implantation des atomes de bore est préférentiellement réalisée sous une atmosphère comportant du diborane B₂H₆.

L’étape c) est avantageusement exécutée de sorte que les atomes de phosphore et les atomes de bore, respectivement implantés dans les première et seconde couches de polysilicum 4, 5, présentent une densité volumique supérieure à 10²⁰at./cm³à l’issue de l’étape d), c'est-à-dire après activation électrique.

L’étape c) est avantageusement exécutée de sorte que les première et seconde couche de polysilicium 4, 5 présentent une épaisseur comprise entre 10 nm et 200 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 15 nm.

Il est à noter que le dopage des première et seconde couches de polysilicium 4, 5, respectivement en atomes de phosphore et en atomes de bore, peut être un dopage de type in-situ. L’étape c) peut être exécutée en déposant des première et seconde couches de silicium amorphe, respectivement sur les premier et second films d’oxyde 2’, 3 ; 3’, par exemple par un dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD pour «Low Pressure Chemical Vapor Deposition» en langue anglaise), ou par un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD pour «Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition» en langue anglaise). Puis les atomes de phosphore et les atomes de bore peuvent être implantés respectivement dans les première et seconde couches de silicium amorphe, par exemple par une technique d’implantation ionique par immersion plasma. Le traitement thermique de l’étape d) est adapté pour cristalliser les première et seconde couches de silicium amorphe de manière à obtenir des première et seconde couches de polysilicium 4, 5.

Etape d)

Le traitement thermique appliqué lors de l’étape d) est avantageusement un recuit thermique. Par « recuit thermique », on entend un traitement thermique comportant :
- une phase de montée graduelle en température (rampe de montée) jusqu’à atteindre une température dite température de recuit,
- une phase de maintien (plateau) à la température de recuit, pendant une durée dite durée de recuit,
- une phase de refroidissement.

La température (température de recuit) à laquelle est appliqué le traitement thermique lors de l’étape d) est avantageusement comprise entre 950°C et 1050°C. À titre d’exemple non limitatif, la durée de recuit peut être de l’ordre de 30 minutes.

Le recuit thermique appliqué lors de l’étape d) est un recuit thermique global au sens où il est appliqué à l’ensemble comportant le substrat 1, les premier et second films d’oxyde 2, 3 ; 3’, les première et seconde couches de polysilicium 4, 5. Il ne s’agit donc pas d’un recuit thermique localisé appliqué sur une partie dudit ensemble, par exemple à l’aide d’un laser.

L’étape d) est préférentiellement exécutée dans un four. L’étape d) peut être exécutée sous une atmosphère oxydante ou sous une atmosphère neutre. L’atmosphère oxydante peut comporter un mélange de dioxygène et d’un gaz neutre choisi parmi l’argon et l’azote.

Etape e)

Comme illustré aux figures 1 (1f), 2 (2f), 3 (3e), 4 (4e), 5 (5e), le procédé comporte avantageusement une étape e) consistant à former des première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur 6, 7, respectivement sur les première et seconde couches de polysilicium 4, 5, l’étape e) étant exécutée après l’étape d).

Les première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur 6, 7 sont avantageusement réalisées dans un matériau choisi parmi CuO, NiO, TiO, un oxyde de fluor dopé à l’étain, l’oxyde d’indium-étain, l’oxyde d’étain SnO₂, l’oxyde de zinc ZnO ; SnO₂et ZnO étant de préférence respectivement dopé au fluor et à l’aluminium.

Etape f)

Comme illustré aux figures 1 (1g), 2 (2g), 3 (3f), 4 (4f), 5 (5f), le procédé comporte avantageusement une étape f) consistant à former des électrodes E sur les première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur 6, 7. Plus précisément, l’étape f) peut consister à former au moins une électrode E sur la première couche d’oxyde transparent conducteur 6, et au moins une électrode E sur la seconde couche d’oxyde transparent conducteur 7. L’étape f) comporte avantageusement une étape de métallisation, de préférence exécutée par sérigraphie. Chaque électrode E est préférentiellement réalisée en argent et/ou aluminium.

L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.

Claims

Procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a) prévoir une structure comportant :
- un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ;
- des premier et second films d’oxyde (2, 3), formés respectivement sur les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1) ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet à la structure, sous une atmosphère d’ozone, de sorte que le premier film d’oxyde (2’) présente :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde (3, 3’), et/ou
- une composition plus proche du composé stœchiométrique ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium (4, 5), respectivement sur les premier et second films d’oxyde (2’, 3 ; 2’, 3’), et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant la structure et les première et seconde couches de polysilicium (4, 5), le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) comporte les étapes :
a₁) prévoir un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ;
a₂) traiter chimiquement les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1) à l’aide d’un agent oxydant de manière à former les premier et second films d’oxyde (2, 3).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) comporte les étapes :
a₁ _’) prévoir un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ;
a₂ _’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1) de manière à former les premier et second films d’oxyde (2, 3) de type oxyde thermique.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) comporte les étapes :
a_1’’) prévoir un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ;
a_2’’) traiter chimiquement les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1) à l’aide d’un agent oxydant de manière à former une première partie (2a, 3a) des premier et second films d’oxyde (2, 3) ;
a_3’’) traiter thermiquement les première et seconde surfaces (10, 11) oxydées du substrat (1) de manière à former une deuxième partie (2b, 3b) des premier et second films d’oxyde (2, 3).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape a) est exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde (2, 3) sont de type oxyde tunnel.
Procédé de passivation, comportant les étapes successives :
a’) prévoir un substrat (1) à base de silicium cristallin, présentant des première et seconde surfaces (10, 11) opposées ;
b) appliquer un rayonnement ultraviolet au substrat (1), sous une atmosphère d’ozone, de manière à former des premier et second films d’oxyde (2’, 3’), respectivement sur les première et seconde surfaces (10, 11) du substrat (1) ; le premier film d’oxyde (2’) présentant :
- une épaisseur strictement supérieure à celle du second film d’oxyde (3’), et/ou
- une composition tendant vers le composé stœchiométrique ;
c) former des première et seconde couches de polysilicium (4, 5), respectivement sur les premier et second films d’oxyde (2’, 3’), et comprenant respectivement des atomes de phosphore et des atomes de bore possédant respectivement des première et seconde températures d’activation électrique, la seconde température d’activation électrique étant strictement supérieure à la première température d’activation électrique ;
d) appliquer un traitement thermique à l’ensemble comportant le substrat (1), les premier et second films d’oxyde (2’, 3’), et les première et seconde couches de polysilicium (4, 5), le traitement thermique étant appliqué à une température supérieure ou égale à la seconde température d’activation électrique de manière à activer électriquement les atomes de phosphore et les atomes de bore de façon concomitante.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel l’étape b) est exécutée de sorte que les premier et second films d’oxyde (2’, 3’) sont de type oxyde tunnel.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le rayonnement ultraviolet appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, est adapté pour que l’épaisseur et/ou la composition du premier film d’oxyde (2’) obtenues à l’issue de l’étape b) limitent la diffusion des atomes de phosphore dans le substrat lors de l’étape d).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, selon une densité de puissance surfacique comprise entre 28 W/cm²et 32 W/cm².
Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le rayonnement ultraviolet est appliqué lors de l’étape b), sous l’atmosphère d’ozone, à une longueur d’onde comprise dans la bande d’absorption de l’ozone, de préférence comprise entre 250 nm et 255 nm.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la température à laquelle est appliqué le traitement thermique lors de l’étape d) est comprise entre 950°C et 1050°C.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel l’étape c) comporte les étapes :
c₁) former les première et seconde couches de polysilicium (4, 5), respectivement sur les premier et second films d’oxyde (2’, 3 ; 2’, 3’) ;
c₂) implanter les atomes de phosphore et les atomes de bore, respectivement dans les première et seconde couches de polysilicium, (4, 5) de préférence par une technique d’implantation ionique par immersion plasma.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’étape c) est exécutée de sorte que les atomes de phosphore et les atomes de bore présentent une densité volumique supérieure à 10²⁰at./cm³à l’issue de l’étape d).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, comportant une étape e) consistant à former des première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur (6, 7), respectivement sur les première et seconde couches de polysilicium (4, 5), l’étape e) étant exécutée après l’étape d).
Procédé selon la revendication 14, comportant une étape f) consistant à former des électrodes (E) sur les première et seconde couches d’oxyde transparent conducteur (6, 7).