FR2991498A1 - METHOD AND SYSTEM FOR OBTAINING A SEMICONDUCTOR WAFER - Google Patents

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Jean-Daniel Penot
Beatrice Drevet
Jean-Paul Garandet
Hubert Moriceau
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

L'invention porte sur un procédé d'obtention d'une tranche en matériau semi-conducteur à partir d'un substrat donneur en un premier matériau semi-conducteur et comprenant dans son épaisseur une zone de fragilisation, caractérisé en ce qu'il comprend : le dépôt (320) d'un deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide simultanément sur une pluralité de zones (310) d'une face (101) du substrat donneur; l'étalement du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide jusqu'à former une couche sur ladite face (101) du substrat donneur; la solidification au moins partielle de la couche du deuxième matériau semi-conducteur déposé pour épaissir le substrat donneur; la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation. L'invention porte également sur un procédé de réalisation d'un panneau photovoltaïque et sur un système permettant de mettre en oeuvre le procédé d'obtention du substrat.The invention relates to a method for obtaining a semiconductor wafer from a donor substrate made of a first semiconductor material and comprising in its thickness an embrittlement zone, characterized in that it comprises depositing (320) a second semiconductor material in the liquid state simultaneously over a plurality of zones (310) of a face (101) of the donor substrate; spreading the second semiconductor material in the liquid state to form a layer on said face (101) of the donor substrate; at least partially solidifying the layer of the second deposited semiconductor material to thicken the donor substrate; the separation of the donor substrate at the zone of weakening. The invention also relates to a method for producing a photovoltaic panel and to a system for implementing the method of obtaining the substrate.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne en général la fabrication des substrats utilisés par l'industrie des semi-conducteurs, des microtechnologies et l'industrie photovoltaïque. Elle décrit plus particulièrement un procédé de fabrication de substrats en matériau semi-conducteur. L'invention concerne également un système pour la fabrication de substrats en matériau semiconducteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Dans le domaine de la fabrication des substrats utilisés par l'industrie de la microélectronique un progrès technologique très important a été accompli avec l'introduction dans les années 90 de la technologie connue sous le nom commercial de « Smart CutTM » qui permet de séparer de fines couches d'un matériau semi-conducteur d'une tranche découpée dans un lingot fait de ce type de matériau et notamment à partir de lingots de silicium monocristallin.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to the manufacture of substrates used by the semiconductor industry, microtechnologies and the photovoltaic industry. It more particularly describes a method for manufacturing substrates made of semiconductor material. The invention also relates to a system for manufacturing substrates made of semiconductor material. STATE OF THE ART In the field of manufacturing substrates used by the microelectronics industry a very important technological progress has been made with the introduction in the 90's of the technology known under the trade name of "Smart CutTM" which allows to separate thin layers of a semiconductor material from a slice cut in an ingot made of this type of material and in particular from monocrystalline silicon ingots.

Cette technologie est par exemple décrite dans la demande de brevet européenne publiée sous le numéro EP0533551. Cette technologie est basée sur l'implantation d'ions légers, notamment d'hydrogène et d'hélium, depuis la surface d'une tranche du matériau semiconducteur. Ces ions sont insérés dans la structure cristalline du matériau à une profondeur déterminée par l'énergie d'implantation. Les implanteurs conventionnels, ceux couramment utilisés en microélectronique, peuvent développer des énergies d'accélération jusqu'à 250 keV (kilo électron-volt) qui permettent d'atteindre des profondeurs d'implantation maximales d'environ 2 pm (pm ou micromètre ou encore micron = 10-6 mètre).This technology is for example described in the European patent application published under the number EP0533551. This technology is based on the implantation of light ions, in particular hydrogen and helium, from the surface of a wafer of the semiconductor material. These ions are inserted into the crystalline structure of the material at a depth determined by the implantation energy. Conventional implanters, those commonly used in microelectronics, can develop acceleration energies up to 250 keV (kilo electron-volt) that can achieve maximum implantation depths of about 2 pm (pm or micrometer). micron = 10-6 meters).

Soumise alors à un traitement thermique approprié la tranche voit, au niveau de la zone implantée, le développement de cavités remplies du ou des gaz implanté(s). Mises sous pression par le traitement thermique, dans des conditions optimales de mise en oeuvre du procédé, les cavités se développent essentiellement latéralement. Elles créent une zone de fragilisation sous forme de micro-fissures qui induisent finalement, sous la seule action du chauffage ou en combinaison avec une sollicitation mécanique, une rupture au niveau de la zone implantée permettant ainsi de détacher une couche superficielle de la tranche, sur une épaisseur correspondant à la profondeur d'implantation, de la tranche elle-même, laquelle est immédiatement réutilisable. La technique brièvement décrite ci-dessus est notamment utilisée pour produire des substrats élaborés dits SOI, acronyme de l'anglais « silicon on insulator » c'est-à-dire « silicium sur isolant ». Comme mentionné ci-dessus, le développement de la zone fragilisée doit se faire pour l'essentiel latéralement. Cependant, si les cavités pressurisées sont proches d'une surface libre, il existe un seuil de pression au-delà duquel on assiste à l'apparition de cloques ou de bulles (exfoliation) du matériau de la couche superficielle que l'on essaye de séparer. Le phénomène de cloquage est habituellement désigné blistering en anglais. Ce n'est que si les cavités sont suffisamment éloignées d'une surface libre qu'elles peuvent effectivement s'étendrent latéralement sous forme de fissures qui vont permettre la séparation au niveau de la zone implantée. Le procédé Smart CutTM évite cet écueil en prévoyant, par exemple, de coller un substrat rigide du côté de la surface implantée qui va servir, pour la structure SOI en cours de création, de support mécanique final et de substrat de manipulation. Avant séparation, le substrat rigide collé joue aussi avantageusement le rôle de raidisseur et va permettre que la séparation se fasse bien sans cloquage sur toute la surface de la tranche laissant en place sur le substrat SOI une couche uniforme, généralement de silicium monocristallin, dans et à partir de laquelle on va pouvoir réaliser les composants actifs. Le procédé de séparation par implantation d'ions légers ne permet cependant d'obtenir, comme on l'a indiqué précédemment, avec les implanteurs conventionnels utilisés par l'industrie de la microélectronique, que des profondeurs allant jusqu'à environ 2 pm. Si ces épaisseurs sont bien adaptées à la production de substrats SOI pour la fabrication des circuits intégrés, où l'on réalise les transistors dans des couches fonctionnelles de plus en plus minces, il n'en va pas de même pour d'autres applications.Then subjected to a suitable heat treatment the slice sees, at the level of the implanted zone, the development of cavities filled with the implanted gas (s). Pressurized by the heat treatment, under optimal conditions of implementation of the process, the cavities develop essentially laterally. They create an embrittlement zone in the form of micro-cracks which finally induce, under the sole action of the heating or in combination with a mechanical stress, a rupture at the level of the implanted zone thus making it possible to detach a surface layer from the wafer, on a thickness corresponding to the implantation depth, the slice itself, which is immediately reusable. The technique briefly described above is used in particular to produce so-called SOI substrates, the acronym for "silicon on insulator", that is to say "silicon on insulator". As mentioned above, the development of the weakened zone must essentially be lateral. However, if the pressurized cavities are close to a free surface, there is a pressure threshold beyond which we observe the appearance of blisters or bubbles (exfoliation) of the material of the superficial layer that we try to to separate. The phenomenon of blistering is usually referred to as blistering in English. Only if the cavities are sufficiently far from a free surface can they actually extend laterally in the form of cracks that will allow separation at the level of the implanted area. The Smart CutTM process avoids this pitfall by providing, for example, to stick a rigid substrate on the side of the implanted surface that will serve, for the SOI structure being created, final mechanical support and handling substrate. Before separation, the bonded rigid substrate also advantageously acts as a stiffener and will allow the separation to be smooth without blistering over the entire surface of the wafer leaving in place on the SOI substrate a uniform layer, generally of monocrystalline silicon, in and from which we will be able to realize the active components. The light ion implantation separation method, however, makes it possible to obtain, as previously indicated, with conventional implanters used by the microelectronics industry, only depths of up to about 2 μm. While these thicknesses are well suited to the production of SOI substrates for the manufacture of integrated circuits, where the transistors are produced in increasingly thin functional layers, this is not the case for other applications.

Par exemple, pour la production de cellules photovoltaïques, notamment à base de silicium, il est nécessaire de disposer, pour la couche fonctionnelle, d'épaisseurs de matériau semi-conducteur allant typiquement de 10 à 100 pm afin d'obtenir une efficacité suffisante de conversion de l'énergie lumineuse reçue en énergie électrique produite. Dans le domaine de l'obtention de substrats par fragilisation d'une zone implantée en ions légers la société nord-américaine « Silicon Genesis » située dans l'état de Californie, a développé depuis quelques années un procédé similaire au procédé « Smart CutTM » et dont le nom commercial est « PolyMaxTM » qui permet d'obtenir des couches fonctionnelles dans une gamme d'épaisseur compatible avec la production de cellules photovoltaïques. Cela est obtenu cependant en employant des implanteurs à hautes énergies, de l'ordre de quelques millions d'électron volts, c'est-à-dire devant développer des énergies d'implantation d'un ordre de grandeur supérieures à celles des implanteurs conventionnels utilisés par l'industrie de la microélectronique. Le coût de ces implanteurs est extrêmement élevé. Dans un domaine d'application comme celui des cellules photovoltaïques où le prix du dispositif final dépend étroitement de celui du substrat en matériau semi-conducteur et où le dispositif produit doit l'être à un coût extrêmement bas pour être compétitif, le coût des implanteurs à hautes énergies est clairement problématique. Par ailleurs, les techniques conventionnelles d'obtention de plaques de matériaux semi-conducteurs par sciage d'un lingot obtenu à partir d'un bain liquide présentent plusieurs inconvénients. En particulier, ces techniques ont pour inconvénient de consommer une partie significative de la masse du lingot lors du sciage. En outre, elles nécessitent des traitements de surface postérieures au sciage ce qui accroît leur coût. En outre, elles ne permettent pas d'obtenir facilement des plaques de faible épaisseur, typiquement comprises entre la dizaine et la centaine de micromètres. Pour répondre au problème de la consommation excessive de matière lors du sciage, d'autres techniques prévoient d'obtenir des plaques de matériau semi-conducteur par des procédés d'épitaxie, par exemple en phase liquide, ou par dépôt chimique en phase vapeur (habituellement désigné CVD, acronyme de c h e m i ç a I vapour deposition) ou encore par faisceau moléculaire (habituellement désigné MBE, acronyme de molecular beam epitaxy). Le coût important du substrat ou la lenteur de ces solutions les rend inadaptées à la réalisation industrielle de tranches peu onéreuses.For example, for the production of photovoltaic cells, in particular based on silicon, it is necessary to have, for the functional layer, thicknesses of semiconductor material typically ranging from 10 to 100 μm in order to obtain a sufficient efficiency of converting the received light energy into produced electrical energy. In the field of obtaining substrates by embrittlement of an implanted area in light ions the North American company "Silicon Genesis" located in the state of California, has developed in recent years a process similar to the "Smart CutTM" process. and whose trade name is "PolyMaxTM" which makes it possible to obtain functional layers in a thickness range compatible with the production of photovoltaic cells. This is achieved, however, by employing high-energy implants, of the order of a few million electron volts, that is to say, to develop implantation energies an order of magnitude higher than those of conventional implants. used by the microelectronics industry. The cost of these implants is extremely high. In a field of application such as photovoltaic cells where the price of the final device is closely dependent on that of the semiconductor material substrate and where the device produced must be at an extremely low cost to be competitive, the cost of the implementers at high energies is clearly problematic. Moreover, the conventional techniques for obtaining plates of semiconductor materials by sawing an ingot obtained from a liquid bath have several disadvantages. In particular, these techniques have the disadvantage of consuming a significant portion of the ingot mass during sawing. In addition, they require surface treatments after sawing which increases their cost. In addition, they do not make it easy to obtain thin plates, typically between the ten and hundred micrometers. To cope with the problem of excessive material consumption during sawing, other techniques provide for the production of plates of semiconductor material by epitaxial processes, for example in the liquid phase, or by chemical vapor deposition ( usually referred to as CVD, acronym for chemistry or vapor deposition) or molecular beam (usually referred to as MBE, acronym for molecular beam epitaxy). The high cost of the substrate or the slowness of these solutions makes them unsuitable for the industrial production of inexpensive slices.

Il existe donc un besoin consistant à obtenir des couches actives de matériau semi-conducteur notamment pour les applications photovoltaïques, d'épaisseur comprise de préférence entre 10 et 70 micromètres selon un procédé bas coût limitant au moins certains des inconvénients que présentent les solutions de l'état de la technique. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins 10 d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Selon un mode de réalisation, l'invention prévoit un procédé d'obtention d'une tranche en matériau semi-conducteur à partir d'un substrat donneur en un 15 premier matériau semi-conducteur et comprenant dans son épaisseur une zone de fragilisation, le procédé comprenant : le dépôt d'un deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide simultanément sur une pluralité de zones d'une face du substrat donneur; l'étalement du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide 20 jusqu'à former une couche déposée continue sur ladite face du substrat donneur; la solidification au moins partielle de la couche du deuxième matériau semi-conducteur déposé; la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation. 25 En proposant un procédé d'épitaxie par recristallisation sur substrat donneur de couches minces obtenues par séparation d'un substrat donneur, la présente invention permet d'obtenir des tranches d'épaisseur librement adaptable. En particulier, des tranches d'épaisseur supérieure à 10 30 micromètres peuvent être obtenues. Typiquement, l'invention permet d'obtenir aisément des tranches autosupportées, c'est-à-dire facilement manipulables, dont l'épaisseur est comprise entre 10 et 70 micromètres ce qui est particulièrement avantageux pour la réalisation de cellules photovoltaïques.There is therefore a need to obtain active layers of semiconductor material, in particular for photovoltaic applications, with a thickness preferably of between 10 and 70 microns, according to a low-cost method limiting at least some of the disadvantages that the solutions of the present invention exhibit. state of the art. The other objects, features, and advantages of the present invention will be apparent from the following description and accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated. SUMMARY OF THE INVENTION According to one embodiment, the invention provides a method for obtaining a semiconductor material wafer from a donor substrate in a first semiconductor material and comprising in its thickness a zone of embrittlement, the method comprising: depositing a second semiconductor material in the liquid state simultaneously over a plurality of areas of a face of the donor substrate; spreading the second semiconductor material in the liquid state until a continuous deposited layer is formed on said face of the donor substrate; the at least partial solidification of the layer of the second deposited semiconductor material; the separation of the donor substrate at the zone of weakening. By providing a thin layer donor substrate recrystallization epitaxy method obtained by separating a donor substrate, the present invention provides freely adaptable thickness slices. In particular, slices of greater than 10 micrometers thickness can be obtained. Typically, the invention makes it easy to obtain self-supporting wafers, that is to say easily handled, whose thickness is between 10 and 70 microns, which is particularly advantageous for the production of photovoltaic cells.

En outre, le procédé selon l'invention permet de réutiliser le substrat donneur pour former plusieurs tranches, évitant de ce fait une consommation excessive de matière comme c'est le cas dans les solutions nécessitant un sciage pour chaque tranche.In addition, the process according to the invention makes it possible to reuse the donor substrate to form several slices, thereby avoiding excessive consumption of material, as is the case in solutions requiring sawing for each slice.

En prévoyant une croissance par épitaxie du film donné issu du substrat donneur sur une face d'un substrat donneur présentant une zone de fragilisation, l'invention autorise l'emploi de substrats donneurs dont la zone de fragilisation est située à une faible profondeur. Ainsi, dans le cas préféré où la zone de fragilisation est obtenue par implantation d'espèces ioniques dans l'épaisseur du substrat donneur, l'invention permet une implantation à faible profondeur ce qui évite d'avoir à recourir aux implanteurs à hautes énergies. L'invention présente ainsi un coût limité par rapport aux solutions connues. En outre, l'invention permet d'obtenir des tranches en forme de plaque présentant de grandes dimensions, typiquement de 20 cm2 à 4 m2, et préférentiellement de 100 cm2 à 1600 cm2. Par ailleurs, et de manière particulièrement avantageuse, l'invention prévoit une solidification au moins partielle du matériau déposé à l'état liquide avant la séparation. La couche solidifiée fait ainsi office de raidisseur à la surface du substrat donneur ce qui empêche ou tout au moins réduit les risques de cloquage de ce dernier. Par séparation, on entend a minima une étape de propagation de micro-fissures dans la zone implantée. Sans que cela soit limitatif, cette étape peut cependant aller jusqu'au détachement, i.e. un éloignement, physique entre substrat donneur et la tranche obtenue. Des moyens supplémentaires, par exemple mécaniques, peuvent être mis en oeuvre pour atteindre ce détachement. L'invention apporte d'autres avantages en termes de contrôle de la chaleur apportée par le matériau semi conducteur déposé sur le substrat donneur. On rappelle qu'un apport excessif de chaleur à une zone de fragilisation peut activer des phénomènes susceptibles de détériorer le substrat obtenu notamment en provoquant à sa surface un cloquage. L'invention, en prévoyant des apports localisés en diverses zones de faibles quantités de matériau liquide, et donc de faibles quantités d'énergie thermique par unité de surface, évite un échauffement excessif pouvant induire la cloquage du substrat donneur.By providing an epitaxial growth of the given film from the donor substrate on one side of a donor substrate having a weakening zone, the invention allows the use of donor substrates whose weakening zone is located at a shallow depth. Thus, in the preferred case where the zone of weakness is obtained by implantation of ionic species in the thickness of the donor substrate, the invention allows a shallow implantation which avoids having to resort to high energy implants. The invention thus has a limited cost compared to known solutions. In addition, the invention makes it possible to obtain plate-shaped slices having large dimensions, typically from 20 cm 2 to 4 m 2, and preferably from 100 cm 2 to 1600 cm 2. Furthermore, and particularly advantageously, the invention provides for at least partial solidification of the deposited material in the liquid state before separation. The solidified layer thus acts as a stiffener on the surface of the donor substrate which prevents or at least reduces the risk of blistering of the latter. Separation means at least a microcracks propagation step in the implanted zone. Without this being limiting, this step may however go as far as detachment, i.e. a physical distance between the donor substrate and the slice obtained. Additional means, for example mechanical, can be implemented to achieve this detachment. The invention provides other advantages in terms of controlling the heat provided by the semiconductor material deposited on the donor substrate. It is recalled that an excessive supply of heat to an embrittlement zone can activate phenomena liable to deteriorate the substrate obtained, in particular by causing blistering on its surface. The invention, by providing localized inputs in various areas of small amounts of liquid material, and therefore small amounts of thermal energy per unit area, avoids excessive heating that can induce blistering of the donor substrate.

Avantageusement, le procédé selon l'invention peut présenter au moins l'une quelconque des caractéristiques et étapes optionnelles ci-dessous. Le dépôt du matériau à l'état liquide s'effectue par versement sur une pluralité de zones du substrat donneur. Le dépôt d'un deuxième matériau semi- conducteur à l'état liquide sur une pluralité de zones du substrat donneur comprend le dépôt d'une pluralité de gouttes du deuxième matériau semiconducteur sur le substrat donneur. Les gouttes sont déposées simultanément sur le substrat donneur. De manière alternative ou cumulée au dépôt de gouttes, le dépôt du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide sur une pluralité de zones du substrat donneur comprend le dépôt d'une pluralité de lignes ou de traînées du deuxième matériau semi-conducteur sur le substrat donneur, qui se répandent sur le substrat donneur pour le recouvrir.Advantageously, the method according to the invention may have at least any of the optional features and steps below. Deposition of the material in the liquid state is effected by pouring over a plurality of zones of the donor substrate. Depositing a second semiconductor material in the liquid state on a plurality of areas of the donor substrate comprises depositing a plurality of drops of the second semiconductor material on the donor substrate. The drops are deposited simultaneously on the donor substrate. Alternatively or cumulatively to the deposition of drops, the deposition of the second semiconductor material in the liquid state on a plurality of zones of the donor substrate comprises the deposition of a plurality of lines or streaks of the second semiconductor material on the donor substrate, which spread on the donor substrate to cover it.

Avantageusement, la solidification est contrôlée de sorte que la couche du deuxième matériau semi conducteur forme un raidisseur sur ladite face du substrat donneur avant ladite séparation. Plus précisément, la quantité du matériau semi-conducteur déposé, la température du matériau semi-conducteur déposé, la température du substrat donneur, ainsi que la profondeur de la zone de fragilisation sont choisies de sorte que la solidification au moins partielle du matériau semi-conducteur s'effectue avant qu'une chaleur suffisante pour provoquer un cloquage n'atteigne la zone de fragilisation. Ainsi, la couche de matériau déposé fait office de raidisseur, ce qui empêche le cloquage en surface et facilite la séparation au niveau de la zone de fragilisation.Advantageously, the solidification is controlled so that the layer of the second semiconductor material forms a stiffener on said face of the donor substrate before said separation. More specifically, the quantity of the deposited semiconductor material, the temperature of the deposited semiconductor material, the temperature of the donor substrate, as well as the depth of the embrittlement zone are chosen so that the at least partial solidification of the semi-conducting material conductor occurs before sufficient heat to cause blistering to reach the weakening zone. Thus, the layer of deposited material acts as a stiffener, which prevents blistering on the surface and facilitates the separation at the weakening zone.

La solidification sur le substrat donneur s'effectue de préférence par épitaxie, du fait du transfert de chaleur depuis le deuxième matériau semiconducteur à l'état liquide vers le substrat donneur. Ainsi, l'invention ne nécessite pas d'intervention spécifique pour réaliser la solidification.The solidification on the donor substrate is preferably effected by epitaxy, because of the heat transfer from the second semiconductor material in the liquid state to the donor substrate. Thus, the invention does not require any specific intervention to achieve the solidification.

Avantageusement, la quantité du deuxième matériau semi-conducteur déposé, la température du deuxième matériau semi-conducteur déposé, la température du substrat donneur, ainsi que la profondeur de la zone de fragilisation sont choisies de sorte que, suite au dépôt du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide simultanément sur une pluralité de zones du substrat donneur, au moins une partie de la chaleur apportée par le deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide se propage dans le substrat donneur jusqu'à la zone de fragilisation, pour participer à ou pour provoquer la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation. Selon un mode de réalisation, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue uniquement par apport de chaleur provenant du dépôt du deuxième matériau semi conducteur sur ladite face du substrat donneur. Ainsi, la séparation est obtenue au cours de la solidification du deuxième matériau semi-conducteur ou au terme de la solidification et sans intervention additionnelle. Alternativement, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue après la solidification et lors d'une étape additionnelle comprenant une étape de traitement thermique et/ou une étape mécanique effectuée de sorte à appliquer une contrainte mécanique de séparation. La séparation du substrat donneur donne lieu à l'obtention d'une 25 tranche autosupportée de matériau semi-conducteur, la tranche obtenue comprenant une partie du substrat donneur et une couche formée par le matériau semi-conducteur déposé. De préférence, le procédé comprend au préalable une étape d'obtention du substrat donneur semi-conducteur comprenant dans son 30 épaisseur une zone de fragilisation, cette étape d'obtention comprenant l'implantation d'espèces ioniques dans l'épaisseur du substrat donneur, à l'aide par exemple d'un implanteur.Advantageously, the quantity of the second deposited semiconductor material, the temperature of the second deposited semiconductor material, the temperature of the donor substrate, as well as the depth of the embrittlement zone are chosen so that, following the deposition of the second semi material, conducting a liquid state simultaneously on a plurality of zones of the donor substrate, at least a portion of the heat supplied by the second semiconductor material in the liquid state propagates in the donor substrate to the zone of weakening , to participate in or to cause separation of the donor substrate at the zone of weakening. According to one embodiment, the separation of the donor substrate at the weakening zone is obtained solely by adding heat from the deposition of the second semiconductor material on said face of the donor substrate. Thus, the separation is obtained during the solidification of the second semiconductor material or at the end of the solidification and without additional intervention. Alternatively, the separation of the donor substrate at the weakening zone is obtained after the solidification and during an additional step comprising a heat treatment step and / or a mechanical step performed so as to apply a mechanical separation stress. The separation of the donor substrate results in the production of a self-supporting wafer of semiconductor material, the wafer obtained comprising a portion of the donor substrate and a layer formed by the deposited semiconductor material. Preferably, the process comprises, beforehand, a step of obtaining the semiconductor donor substrate comprising in its thickness an embrittlement zone, this obtaining step comprising the implantation of ionic species into the thickness of the donor substrate, using for example an implanter.

De préférence, la zone de fragilisation est formée à moins de 5 micromètres de la face du substrat sur laquelle est déposé le deuxième matériau semi conducteur à l'état liquide et de manière encore préférée à moins de 3 micromètres. Elle est avantageusement formée à environ 2 micromètres de la surface, grâce à des implanteurs conventionnels. De préférence, le dépôt est effectué de sorte que l'étalement du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide forme une couche d'épaisseur sensiblement constante sur toute ladite face du substrat donneur.Preferably, the zone of weakness is formed within 5 micrometers of the face of the substrate on which the second semiconductor material is deposited in the liquid state and more preferably less than 3 micrometers. It is advantageously formed at about 2 micrometers from the surface, thanks to conventional implants. Preferably, the deposition is carried out so that the spreading of the second semiconductor material in the liquid state forms a layer of substantially constant thickness over the entire face of the donor substrate.

Ainsi, le versement est effectué de sorte à obtenir une répartition homogène du deuxième matériau semi-conducteur sur le substrat donneur avant solidification. De préférence, la couche recouvre toute la surface du substrat donneur. Le versement est effectué de sorte à ce que le deuxième matériau semiconducteur versé sur une pluralité de zones du substrat donneur se répande pour former une surface continue de deuxième matériau semi-conducteur. Selon cette option, toutes les gouttes ou les traînées se rejoignent. De préférence, le versement du deuxième matériau semi-conducteur sur une pluralité de zones du substrat donneur est effectué de sorte à ce qu'il se répande pour recouvrir la totalité d'une face du substrat donneur.Thus, the pouring is performed so as to obtain a homogeneous distribution of the second semiconductor material on the donor substrate before solidification. Preferably, the layer covers the entire surface of the donor substrate. The pouring is performed so that the second semiconductor material poured over a plurality of areas of the donor substrate spills out to form a continuous surface of second semiconductor material. According to this option, all drops or streaks meet. Preferably, the pouring of the second semiconductor material over a plurality of areas of the donor substrate is carried out so that it spreads to cover the entire face of the donor substrate.

Avantageusement, la couche formée par le deuxième matériau semiconducteur sur la face du substrat donneur présente une épaisseur comprise entre 5 pm et 70 pm et de préférence comprise entre 10 pm et 50 pm pour obtenir une tranche manipulable sans faire fondre la zone de fragilisation et de préférence entre 10 pm et 25 pm. Cette épaisseur est mesurée selon une direction perpendiculaire à la face sur laquelle est déposée la couche de matériau semi conducteur à l'état liquide. Avantageusement, le substrat donneur présente une structure cristalline au moins au niveau de ladite face sur laquelle est déposée le deuxième matériau semi-conducteur et la solidification reproduit au moins en certaines zones la structure cristalline du substrat donneur.Advantageously, the layer formed by the second semiconductor material on the face of the donor substrate has a thickness of between 5 μm and 70 μm and preferably between 10 μm and 50 μm to obtain a manipulable wafer without melting the zone of embrittlement and preferably between 10 pm and 25 pm. This thickness is measured in a direction perpendicular to the face on which is deposited the layer of semiconductor material in the liquid state. Advantageously, the donor substrate has a crystalline structure at least at the level of said face on which the second semiconductor material is deposited and the solidification reproduces at least in certain zones the crystalline structure of the donor substrate.

De préférence, le substrat donneur est monocristallin ou polycristallin à gros grains, supérieurs à 10 pm, typiquement de l'ordre de quelques dizaines de micromètres. De manière plus générale, la solidification au moins partielle du matériau semi-conducteur déposé sur le substrat donneur reproduit la structure dudit substrat donneur. Selon un mode de réalisation, le premier matériau semi-conducteur est en silicium (Si), en germanium (Ge) ou en silicium-germanium (Si-Ge) et le deuxième matériau semi-conducteur est en silicium (Si), en germanium (Ge) ou en silicium-germanium (Si-Ge). De manière plus générale, le premier matériau semi-conducteur et/ou le deuxième matériau semi-conducteur sont pris parmi l'un des matériaux semi-conducteurs composites de type III-V présentant un point de fusion inférieur à 2000°C.Preferably, the donor substrate is monocrystalline or polycrystalline coarser, greater than 10 pm, typically of the order of a few tens of micrometers. More generally, the at least partial solidification of the semiconductor material deposited on the donor substrate reproduces the structure of said donor substrate. According to one embodiment, the first semiconductor material is silicon (Si), germanium (Ge) or silicon-germanium (Si-Ge) and the second semiconductor material is silicon (Si), germanium (Ge) or silicon-germanium (Si-Ge). More generally, the first semiconductor material and / or the second semiconductor material are taken from one of the type III-V composite semiconductor materials having a melting point of less than 2000 ° C.

Avantageusement, le deuxième matériau semi conducteur à l'état liquide est du silicium présentant une température lors du dépôt comprise entre 1450°C et 1700°C et préférentiellement entre 1480°C et 1650°C et le substrat donneur est en silicium et présente une température comprise entre 25°C et 450°C et plus préférentiellement entre 150°C et 350°C lors du dépôt du deuxième matériau semiconducteur à l'état liquide. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque comprenant un procédé d'obtention d'une tranche semi-conductrice selon l'invention. La présente invention porte également sur un procédé d'obtention d'une tranche en matériau semi-conducteur à partir d'un substrat donneur comprenant au moins une face faite en un premier matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend : le dépôt d'un deuxième matériau semi- conducteur à l'état liquide sur une pluralité de zones de ladite face du substrat donneur pour former une couche sur ladite face du substrat donneur ; la solidification du deuxième matériau semi-conducteur déposé sur le substrat donneur pour épaissir le substrat donneur par une couche de deuxième matériau semi-conducteur déposé. Optionnellement, le procédé comprend également une étape ultérieure de détachement du substrat donneur.Advantageously, the second semiconductor material in the liquid state is silicon having a temperature during deposition of between 1450 ° C. and 1700 ° C. and preferably between 1480 ° C. and 1650 ° C. and the donor substrate is made of silicon and has a temperature between 25 ° C and 450 ° C and more preferably between 150 ° C and 350 ° C during the deposition of the second semiconductor material in the liquid state. According to another aspect, the subject of the invention is a method for producing a photovoltaic cell comprising a method for obtaining a semiconductor wafer according to the invention. The present invention also relates to a method for obtaining a wafer made of a semiconductor material from a donor substrate comprising at least one face made of a first semiconductor material, characterized in that it comprises: depositing a second semiconductor material in the liquid state on a plurality of areas of said donor substrate face to form a layer on said donor substrate face; solidifying the second semiconductor material deposited on the donor substrate to thicken the donor substrate with a layer of deposited second semiconductor material. Optionally, the method also includes a subsequent step of detaching the donor substrate.

Dans un mode de réalisation non limitatif, le substrat donneur semi- conducteur comprend dans son épaisseur une zone de fragilisation contenant des espèces ioniques implantées et le détachement du substrat donneur est effectué au niveau de la zone de fragilisation. De manière préférée, lors du dépôt, le deuxième matériau semi-10 conducteur se répand sur la face du substrat donneur pour former ladite couche. La présente invention porte également sur un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprenant : un creuset ; un support 15 disposé sous le creuset et apte à recevoir un substrat présentant une forme de plaque ; le creuset présentant des orifices pour permettre le versement sur le substrat porté par le support d'un liquide contenu dans le creuset, deux orifices adjacents étant séparés l'un de l'autre par une distance comprise entre 5 et 50 mm et la dimension minimale d'un orifice étant comprise entre 150 pm et 2 mm. 20 Facultativement, le système selon l'invention peut présenter au moins l'une quelconque des caractéristiques optionnelles ci-dessous. De préférence, deux orifices adjacents sont séparés l'un de l'autre par une distance comprise entre 20 et 40 mm et la dimension minimale d'un orifice est comprise entre 180 pm et 500 pm. 25 Avantageusement, au moins certains des orifices sont des trous de section circulaire, la dimension minimale étant un diamètre du trou. Les orifices peuvent être disposés par exemple en ligne suivant les deux directions d'épandage ou avoir une disposition plus compacte (ex nid d'abeille). De manière alternative ou cumulée, au moins certains des orifices forment chacun 30 une ligne et la dimension minimale de ces orifices est une largeur de la ligne. Avantageusement, le système comprend également des éléments chauffants configurés pour chauffer le creuset et/ou pour chauffer le support.In a non-limiting embodiment, the semiconductor donor substrate comprises in its thickness an embrittlement zone containing implanted ionic species and the detachment of the donor substrate is carried out at the zone of weakening. Preferably, during deposition, the second semi-conductive material spreads on the face of the donor substrate to form said layer. The present invention also relates to a system for carrying out the method according to the invention comprising: a crucible; a support 15 disposed under the crucible and adapted to receive a substrate having a plate shape; the crucible having orifices for allowing the pouring on the substrate carried by the support of a liquid contained in the crucible, two adjacent orifices being separated from each other by a distance of between 5 and 50 mm and the minimum dimension an orifice being between 150 pm and 2 mm. Optionally, the system according to the invention may have at least any of the optional features below. Preferably, two adjacent orifices are separated from each other by a distance of between 20 and 40 mm and the minimum dimension of an orifice is between 180 μm and 500 μm. Advantageously, at least some of the orifices are holes of circular section, the minimum dimension being a diameter of the hole. The orifices may be arranged for example in line in the two directions of spreading or have a more compact arrangement (eg honeycomb). Alternatively or cumulatively, at least some of the orifices each form a line and the minimum dimension of these orifices is a width of the line. Advantageously, the system also comprises heating elements configured to heat the crucible and / or to heat the support.

Avantageusement, les orifices sont répartis sur une surface comprise entre 20 cm2 et 4 m2, et plus particulièrement comprise entre 100 cm2 et 1600 cm2. De telles dimensions incluent les wafers carrés (ou pseudo carrés) de -243 cm2 (156*156 mm), ou les wafers circulaires de -20 cm2 (plaque de 50mm de diamètre) et -1963cm2 (plaque de 500mm de diamètre), et plus particulièrement comprise entre -79cm2 (plaque de 100mm de diamètre) et -707cm2 (plaque de 300mm de diamètre). Avantageusement, la distance entre le support et les orifices est comprise entre 5 centimètres et 1 mètre et plus préférentiellement entre 10 centimètres et 25 centimètres. Avantageusement, le système comprend une enceinte configurée pour créer une dépressurisation en aval des orifices et/ou des moyens pour créer une surpression en amont des orifices. On définit l'amont et l'aval par rapport au trajet du deuxième matériau semi conducteur à l'état liquide.Advantageously, the orifices are distributed over an area of between 20 cm 2 and 4 m 2, and more particularly between 100 cm 2 and 1600 cm 2. Such dimensions include square (or pseudo squares) wafers of -243 cm2 (156 * 156 mm), or circular wafers of -20 cm2 (50mm diameter plate) and -1963cm2 (500mm diameter plate), and more particularly between -79cm2 (plate of 100mm of diameter) and -707cm2 (plate of 300mm of diameter). Advantageously, the distance between the support and the orifices is between 5 centimeters and 1 meter and more preferably between 10 centimeters and 25 centimeters. Advantageously, the system comprises an enclosure configured to create a depressurization downstream of the orifices and / or means for creating an overpressure upstream of the orifices. Upstream and downstream are defined with respect to the path of the second semiconductor material in the liquid state.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels : Les FIGURES la à le illustrent des étapes d'un exemple de procédé selon l'invention permettant l'obtention de plaques minces autoporteuses utilisables notamment pour la production de cellules photovoltaïques. Les FIGURES 2a et 2b illustrent un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention et un exemple de système utilisé pour cette mise en oeuvre. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les épaisseurs relatives des différentes couches et films ne sont pas représentatives de la réalité.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The objects, objects, as well as the features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of an embodiment thereof which is illustrated by the following accompanying drawings in which: FIGURES illustrate the steps of an exemplary method according to the invention for obtaining thin self-supporting plates used in particular for the production of photovoltaic cells. FIGURES 2a and 2b illustrate a particular example of implementation of the method of the invention and an example of a system used for this implementation. The drawings are given by way of examples and are not limiting of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily at the scale of practical applications. In particular, the relative thicknesses of the different layers and films are not representative of reality.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Dans la description qui suit de l'invention, comme dans le chapitre introductif sur l'état de la technique, on entend par « zone de fragilisation » une zone qui s'étend sous une face principale d'un substrat donneur. Le substrat donneur est, le plus généralement, une tranche découpée dans un lingot. Il se présente sous la forme d'une plaque présentant deux faces parallèles. La zone fragilisée est développée sous une des faces de la plaque, parallèlement à cette face, à une profondeur sensiblement constante dans l'épaisseur du substrat donneur. La profondeur de la zone de fragilisation est la distance entre cette zone et la face du substrat à travers laquelle les ions sont implantés, cette distance étant mesurée selon une direction perpendiculaire à ladite face. Sous l'action d'un échauffement, éventuellement combiné à une sollicitation mécanique, on va provoquer la séparation du substrat au niveau de la zone fragilisée et le détachement de la tranche. Les tranches ne sont pas nécessairement circulaires ou carrées. La plaque présente, en vue du dessus c'est-à-dire selon une direction verticale comprise dans le plan des figures 2a à 2e, une forme quelconque et le plus généralement une forme de disque, de carré, de rectangle, d'hexagone ou celle d'autres polygones.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the description which follows of the invention, as in the introductory chapter on the state of the art, the term "zone of weakness" is understood to mean a zone which extends under a main face of a donor substrate. The donor substrate is, most generally, a slice cut in an ingot. It is in the form of a plate having two parallel faces. The weakened zone is developed under one of the faces of the plate, parallel to this face, at a substantially constant depth in the thickness of the donor substrate. The depth of the embrittlement zone is the distance between this zone and the face of the substrate through which the ions are implanted, this distance being measured in a direction perpendicular to said face. Under the action of a heating, possibly combined with a mechanical stress, will cause separation of the substrate at the weakened zone and the detachment of the wafer. Slices are not necessarily circular or square. The plate has, in view from above, that is to say in a vertical direction comprised in the plane of FIGS. 2a to 2e, any shape and most generally a form of disk, square, rectangle, hexagon or that of other polygons.

Dans le vocabulaire couramment utilisé dans l'industrie de la microélectronique et des nanotechnologies et l'industrie photovoltaïque une tranche, comme décrite ci-dessus, est aussi parfois qualifiée de plaque ou de plaquette, voire de « wafer », terme emprunté à l'anglais ayant la même signification. Le terme substrat est un terme générique qui est applicable à tout support ou structure multicouches à partir duquel on peut élaborer un dispositif et qui, implicitement, possède les qualités mécaniques nécessaires pour être manipulable dans une ligne de production. Dans la description qui suit de l'invention les couches superficielles épaissies obtenues par détachement à partir d'un substrat donneur sont qualifiées de tranches.In the vocabulary commonly used in the microelectronics and nanotechnology industry and the photovoltaic industry, a slice, as described above, is also sometimes referred to as a plate or wafer, or even a wafer, a term borrowed from English with the same meaning. The term substrate is a generic term that is applicable to any support or multilayer structure from which a device can be developed and which, by implication, has the mechanical qualities necessary to be manipulated in a production line. In the following description of the invention the thickened surface layers obtained by detachment from a donor substrate are called slices.

Comme on l'a vu, pour augmenter l'efficacité de conversion de l'énergie lumineuse reçue par une cellule photovoltaïque, celle-ci est avantageusement réalisée à partir d'un semi-conducteur monocristallin et plus particulièrement à partir de silicium (Si) monocristallin. D'autres matériaux semi-conducteurs sont aussi susceptibles d'être utilisés sous une forme monocristalline comme le germanium (Ge) ou des alliages de ces deux matériaux (Si-Ge). On notera ici dès à présent que la solidification sous une forme essentiellement cristalline, depuis une phase liquide, entre les matériaux semi-conducteurs précédents pourra se faire si le matériau sous forme liquide est de même nature que le matériau du substrat donneur, ou si celui-ci existe sous une forme cristalline adaptée au réseau cristallin du substrat donneur, c'est-à-dire qu'il présente, par exemple, des paramètres de maille qui diffèrent de moins de 1% et de préférence de moins de 0.5% de ceux du matériau du substrat donneur dans le plan parallèle à la face du substrat donneur (plan d'épitaxie). Dans ces conditions la solidification se fera de manière particulièrement ordonnée et produira un matériau cristallin de très bonne qualité. L'obtention d'une couche en un matériau non parfaitement cristallin mais présentant de gros grains cristallisés convient pour de nombreuses applications. Typiquement, pour une application aux cellules photovoltaïques, la taille latérale des grains doit être supérieure ou égale à trois fois l'épaisseur de la tranche électriquement active, préférentiellement cinq fois supérieure, ce qui peut aisément être obtenu en mettant en oeuvre la présente invention. Les figures la à le illustrent les étapes du procédé de l'invention qui consiste à réaliser des tranches minces autoportantes, par exemple de silicium (Si), par une technique de dépôt collectif et coordonné de gouttes de silicium liquide sur un substrat donneur semi conducteur, par exemple en silicium, dans lequel on a préalablement implanté à partir d'une de ses surfaces, des ions légers, par exemple d'hydrogène et/ou d'hélium seuls ou en combinaison. Une telle technique d'implantation utilisée pour la production des substrats SOI a été brièvement décrite dans le chapitre sur l'état de la technique. Les étapes principales sont les suivantes : - La figure la montre un substrat 100 d'un matériau semi-conducteur dans lequel on implante à partir d'une de ses faces 101 des ions légers 210 à l'aide d'un faisceau d'ions 200 généré par un implanteur. De préférence, l'implanteur est un implanteur standard utilisé par l'industrie de la microélectronique. L'implantation est effectuée à une profondeur 111 qui n'excède pas typiquement 2 pm en raison, comme discuté dans le chapitre sur l'état de la technique, des énergies d'implantation utilisées qui sont dans une gamme de valeurs de quelques centaines de keV pour les implanteurs qui n'emploient pas de hautes énergies d'implantation. - La figure 1 b montre la formation de gouttes 310 de silicium liquide à partir 5 de buses 300. Les gouttes sont formées à une température Tdropplet et sont présentées à proximité de la face implantée 101 du substrat donneur 100 qui est maintenu à une température Tsubstrate inférieure à Tdropp,et. - La figure lc illustre la chute 320 des gouttes 310 de silicium liquide qui sont lâchées ou déposées sur la face 101 du substrat 100. 10 - La figure 1 d montre l'étalement 330 des gouttes de silicium déposées. En s'étalant, les gouttes 310 se rejoignent et forment une couche 340 sur la surface 101. Au cours de cette opération la couche 340 se solidifie en raison du transfert de chaleur des gouttes vers le substrat 100 dont la température est inférieure à celle du matériau liquide constituant les gouttes. 15 - La figure 1 e illustre la séparation 220 du substrat 100 donneur, au niveau de la zone 210 fragilisée par l'implantation d'ions légers, sous l'action de la chaleur apportée par les gouttes. La zone implantée se rompt, détachant ainsi la couche 340 et la couche sous jacente 110 devenue solidaire pour former une tranche autoportée 360 obtenu à partir du substrat donneur 100. Le substrat 20 100 peut être réutilisé aussitôt pour la même opération. La couche sous jacente 110 peut ainsi être qualifiée de film donné. L'invention ne se limite pas à l'utilisation de buses et des sprays, injecteurs, capillaires, ou autres orifices peuvent être utilisés. D'une manière générale, les orifices permettent de déposer du matériau semi-conducteur en 25 de multiples zones à la surface de la face implantée 101 du substrat donneur 100. L'étalement de ces multiples dépôts forme ensuite une couche 340 continue de matériau semi-conducteur déposé. Aux étapes principales du procédé décrites succinctement ci-dessus il faut apporter les précisions suivantes : 30 - Le dépôt des gouttes 310 est avantageusement collectif pour réaliser une couche 340 continue. La coordination du dépôt permet d'éviter toute évolution prématurée de la zone implantée au voisinage de gouttes qui seraient déposées trop tôt. Un transfert de chaleur non homogène latéralement, c'est-à-dire selon une direction parallèle à la face principale du substrat donneur sur laquelle sont déposées les gouttes conduirait à une modification disparate de la zone de fragilisation. La séparation au niveau de la zone de fragilisation 210 ne s'effectuerait pas correctement. En outre une répartition non homogène des gouttes favoriserait le cloquage décrit dans le chapitre sur l'état de la technique. Le dépôt simultané de l'ensemble des gouttes prévient l'apparition de ces phénomènes dommageables. - Comme le détachement des gouttes 320 des buses 300 capillaires ou d'un creuset percé est difficilement réalisable par un pilotage de type vanne en raison des dimensions en jeu, on contrôle de préférence, comme représenté sur la figure 1 b, le volume de liquide dans le bain 350 qui alimente directement les buses 310. En pratique il suffit de contrôler la hauteur de liquide dans ce bain, la section étant fixée par les dimensions du système de dépôt. De manière préférée et optionnelle, l'apport d'une quantité de liquide à partir d'une autre source, par exemple un second bain (non représenté sur la figure 1 b), permet d'augmenter le poids sur la goutte en bout de la buse capillaire jusqu'à son détachement 320. Dans des mises en oeuvre également optionnelles de l'invention le détachement des gouttes est obtenu ou est favorisé en appliquant une surpression au dessus du bain 350 et/ou en plaçant le substrat 100 et la sortie des buses dans une enceinte confinée en dépression. La mise au point du procédé de l'invention, dont les étapes viennent d'être décrites brièvement ci-dessus, demande que d'un point de vue physique les cinétiques concurrentes de trois phénomènes soient ajustées pour parvenir à l'obtention d'une tranche 360 comprenant la couche déposée 340 et le film donné 110. Cette couche obtenue 360 présente une épaisseur 111 et des caractéristiques adaptées à l'application considérée, par exemple à la production de tranches destinées à la fabrication de cellules photovoltaïques. Les phénomènes physiques en compétition sont : l'étalement de la goutte ; la solidification du silicium liquide déposé et la fragilisation de la zone implantée sous l'effet de la chaleur propagée dans le substrat donneur. Concrètement, il faut qu'à l'issue de la mise au point du procédé, on puisse être assuré : - que le liquide va s'étaler suffisamment avant de solidifier par reprise d'épitaxie en phase liquide à partir de la couche de préférence monocristalline du substrat donneur ; - que le dépôt du silicium liquide ne fasse pas trop monter la température du substrat implanté afin que la séparation dans la zone implantée du substrat soit possible ultérieurement au dépôt ; - qu'une épaisseur suffisante de silicium soit solidifiée pour jouer le rôle de raidisseur de façon à prévenir l'apparition du phénomène de cloquage décrit précédemment. Il faut en effet que l'épaisseur de la couche apportée soit suffisamment importante par rapport à la profondeur de la zone de fragilisation pour que cette couche absorbe les contraintes mécaniques qui peuvent apparaître par apport de chaleur dans le substrat de sorte que ces contraintes ne se relâchent pas en surface du substrat donneur pour former des cloques. L'invention répond à ces points au moyen d'un procédé permettant le dépôt en parallèle d'une pluralité de gouttes de taille millimétrique sur le substrat qui a été préalablement fragilisé, combinant ainsi les avantages de la technologie « Smart Cut » et de l'épitaxie en phase liquide. Ceci est obtenu en opérant un choix judicieux des paramètres clefs du procédé qui doivent réaliser ensemble un compromis entre les différents mécanismes mis en jeu, ceux déjà cités ci-dessus, c'est-à-dire : transfert de chaleur entre les parties chaudes et froides, cinétique d'étalement et de solidification des gouttes, cinétique de fragilisation par fissuration afin de parvenir au détachement d'une plaque fine après étalement et solidification des gouttes déposées. Le choix des paramètres, dont certains sont interdépendants, se fait selon trois critères principaux qui sont explicités ci-après : - Le premier critère concerne la taille de chaque dépôt individuel à la surface du substrat donneur. La taille minimale de chaque dépôt, qu'il s'agisse d'une goutte comme dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures, ou qu'il s'agisse par exemple de traînées, est déterminée par une dimension minimale de l'orifice laissant s'échapper le matériau semi conducteur liquide à déposer. Dans le cas des gouttes, la dimension minimale est le diamètre du trou, de la buse ou du capillaire par lequel la goutte 310 s'échappe pour s'étaler sur le substrat donneur 100. Dans ce qui suit, et sans que cela soit limitatif de l'invention, on fera référence à un dépôt d'une goutte 310 à travers une buse 300 comme illustré sur les figures. Au moment du détachement, la relation entre rayon de la goutte rg et rayon de la buse rc est donnée par la loi de Tate (en négligeant le facteur correctif F dit de Harkins proche de l'unité pour les capillaires ou buses submillimétriques) : mg=27Crc6 (a) ou 6 représente la tension de surface du silicium, g la gravité et m la masse de la goutte : m = p (4/3)7c rg3 (b) p est la masse volumique du silicium. Cette loi spécifie un équilibre entre tension de surface et poids de la goutte. Il vient donc : rg = (36/2pg)1/3 rc1/3 Par des méthodes d'usinage conventionnelles, on peut envisager de réaliser 15 des buses d'un rayon minimum de 100 pm. Ainsi, selon (c), pour une buse de diamètre minimum on obtient une goutte de 1,7 mm de rayon. - Le deuxième critère concerne la répartition des orifices (les buses dans l'exemple illustré) en fonction de la taille des gouttes et de l'épaisseur de la couche déposée. Le choix des paramètres taille des gouttes, disposition des 20 buses et écart entre les buses 300 doit être fait conjointement à partir de l'épaisseur de la tranche souhaitée qui est comprise typiquement entre 5 pm et 50 pm pour les applications photovoltaïques. En effet, si l'on considère que le volume d'une goutte de rayon rg doit permettre de créer une couche d'épaisseur constante eg sur une surface de Lcarré2, OÙ Lcarré est l'écart entre buses voisines, 25 on peut écrire : 4 3 3 7r rg = eg Lcarré Dans le cas où les buses sont disposées pour former un simple `réseau carré', la relation (1) permet de déterminer le couple : taille de la goutte, écart entre les buses. 30 Dans une configuration optimisée les buses sont avantageusement disposées pour former un arrangement compact afin que l'étalement des gouttes, selon une symétrie cylindrique, couvre rapidement la plus grande (c) (1) surface possible. Le taux de couverture de la surface avant contact entre deux gouttes peut excéder 90% de la surface avant comblement des interstices restants entre les gouttes. Dans cette configuration optimisée, les buses forment un réseau de triangles équilatéraux de coté LneXa et la relation entre le rayon de goutte rg et l'épaisseur de la couche souhaitée eg est alors donnée par: 2 3 ~ rg =-g eg Lhexa Dans le cas de cet arrangement compact des buses, l'expression (2) permet à l'homme du métier d'ajuster les trois paramètres ci-dessus qui sont liés. De la même manière, pour toute autre configuration des buses ces trois paramètres doivent être considérés conjointement, en prenant en compte l'égalité du volume de la goutte et de la fraction de couche qu'elle doit former. Ainsi, en adoptant l'arrangement compact avec un écart entre buses Lhexa de 3 cm, le dépôt de gouttes d'un rayon minimum de 1,7 mm permet d'obtenir une couche de 26,4 pm d'épaisseur. - Le troisième critère concerne l'épaisseur fondue à la surface du substrat donneur et la taille des gouttes. Le dépôt par goutte présente l'avantage majeur de fournir un apport calorifique localement limité. En effet, un apport massif de matière fondue, et donc de chaleur, pourrait provoquer la fusion du substrat au delà de la zone implantée, rendant impossible la séparation au niveau de la zone implantée. Avec le procédé de l'invention un choix judicieux des paramètres thermiques et dimensionnels permet de fondre une épaisseur de substrat inférieure à la profondeur d'implantation. À l'impact de la goutte sur la surface du substrat donneur l'excédent d'énergie 25 calorifique OQg de la goutte par rapport à sa température de fusion va être transmis à la surface du substrat sous différentes formes que l'on peut écrire : tQg -Qs +QTF + Qpertes (3) Qs est l'énergie de chauffage du substrat depuis sa température initiale (avant dépôt) TS jusqu'à la température de fusion du silicium TF, 30 QTF est la chaleur nécessaire à la transformation de phase (fusion) de l'épaisseur fondue du substrat e1. 4 3 (2) Qpertes représente les dissipations de chaleur dues aux flux de chaleur quittant le volume de silicium fondu (goutte + épaisseur de substrat fondu). L'équilibre décrit par l'équation (3) peut être détaillé comme suit en considérant que la zone fondue est à la température de fusion du silicium TF : 3rgJPLCP(Tg- TF) =pse1SCP (TF -Ts)+Ps Lfe1S+Qpertes (4) pi_ est la densité du silicium liquide, pS la densité du silicium solide, Cp la capacité thermique massique du silicium (solide et liquide), Lf la chaleur de fusion du silicium, S la surface sur laquelle une goutte s'étale. En raison de la rapidité constatée de l'étalement de gouttes, qui est inférieure à un centième de seconde, et de la fusion de la couche superficielle du substrat donneur, o n fait l'hypothèse en première approximation que les pertes thermiques Qpextes qui s'effectuent soit par conduction dans le substrat soit par rayonnement dans l'enceinte sont faibles. On notera toutefois que ces pertes peuvent néanmoins réduire la profondeur de substrat fondu. En les négligeant, et en considérant que la goutte s'étale sur la surface S pour former une couche d'épaisseur eg on peut écrire : (eg S)pL Cp-1" (Tg - TF) = Ps er S CP (TF - T5)+ Ps Lf er S (5) Ce qui permet d'obtenir le rapport entre l'épaisseur de la couche déposée sur la couche fondue e, : eg Ps Crs (TF -Ts)+Ps Lf ej PL CP (Tg -TF) (6) En fonction de l'épaisseur de la couche déposée souhaitée, l'homme du métier sait comment déduire de l'expression (6) l'épaisseur du substrat théoriquement fondue en fonction de l'épaisseur des gouttes déposées. Cette valeur constitue la borne supérieure de l'épaisseur réellement fondue en raison des pertes thermiques qui ont été négligées comme on l'a vu ci-dessus. Il faut rappeler ici que l'épaisseur fondue à la surface du substrat donneur doit toujours être inférieure à la profondeur d'implantation. En considérant une goutte à une température de 1500°C, qui entre en contact avec un substrat de silicium à 300°C, l'épaisseur fondue sera 27,3 fois inférieure à celle déposée. Ainsi une couche déposée d'une épaisseur de l'ordre de 27 pm produit la fusion de la surface du substrat donneur sur une épaisseur d'un micromètre. Les paramètres mentionnés précédemment sont dans ce cas : Lf=1650 J/g ; pL=2,52 g/cm3 ; ps=2,32 g/cm3 ; CPL=1.04 J/g.K-1 ; CPS=0.9 J/g.K1 ; Tf=1414°C.As we have seen, to increase the conversion efficiency of the light energy received by a photovoltaic cell, it is advantageously made from a monocrystalline semiconductor and more particularly from silicon (Si) monocrystalline. Other semiconductor materials are also likely to be used in a monocrystalline form such as germanium (Ge) or alloys of these two materials (Si-Ge). It will be noted here immediately that the solidification in a substantially crystalline form, from a liquid phase, between the preceding semiconductor materials can be done if the material in liquid form is of the same nature as the material of the donor substrate, or if the it exists in a crystalline form adapted to the crystal lattice of the donor substrate, that is to say that it has, for example, mesh parameters which differ by less than 1% and preferably by less than 0.5% of those of the material of the donor substrate in the plane parallel to the face of the donor substrate (epitaxial plane). Under these conditions the solidification will be particularly orderly and will produce a crystalline material of very good quality. Obtaining a layer of a non-perfectly crystalline material but having large crystallized grains is suitable for many applications. Typically, for an application to photovoltaic cells, the lateral size of the grains must be greater than or equal to three times the thickness of the electrically active wafer, preferably five times greater, which can easily be obtained by implementing the present invention. FIGS. 1a to 8b illustrate the steps of the method of the invention which consists in producing thin self-supporting slices, for example of silicon (Si), by a collective and coordinated deposition technique of drops of liquid silicon on a semiconductor donor substrate. , for example silicon, in which one has previously implanted from one of its surfaces, light ions, for example hydrogen and / or helium alone or in combination. Such an implantation technique used for the production of SOI substrates has been briefly described in the chapter on the state of the art. The main steps are as follows: FIG. 1a shows a substrate 100 of a semiconductor material in which light ions 210 are implanted from one of its faces 101 using an ion beam 200 generated by an implenter. Preferably, the implanter is a standard implanter used by the microelectronics industry. Implantation is carried out at a depth 111 which does not typically exceed 2 μm because, as discussed in the chapter on the state of the art, implantation energies used which are in a range of values of a few hundred keV for implementers who do not use high implantation energies. FIG. 1b shows the formation of drops 310 of liquid silicon from nozzles 300. The drops are formed at a Tdropplet temperature and are presented near the implanted face 101 of the donor substrate 100 which is maintained at a Tsubstrate temperature. less than Tdropp, and. FIG. 1c illustrates the drop 320 of the drops 310 of liquid silicon which are dropped or deposited on the face 101 of the substrate 100. FIG. 1d shows the spreading 330 of the deposited silicon drops. By spreading, the drops 310 meet and form a layer 340 on the surface 101. During this operation, the layer 340 solidifies due to the heat transfer of the drops to the substrate 100, the temperature of which is lower than that of the liquid material constituting the drops. FIG. 1e illustrates the separation 220 of the donor substrate 100, at the zone 210 weakened by the implantation of light ions, under the action of the heat provided by the drops. The implanted zone breaks, thereby detaching the layer 340 and the underlying layer 110 that has become integral to form a self-supporting wafer 360 obtained from the donor substrate 100. The substrate 100 can be reused immediately for the same operation. The underlying layer 110 can thus be described as a given film. The invention is not limited to the use of nozzles and sprays, nozzles, capillaries, or other orifices may be used. In general, the orifices make it possible to deposit semiconductor material in multiple zones on the surface of the implanted face 101 of the donor substrate 100. The spreading of these multiple deposits then forms a continuous layer 340 of semi-material -conductor deposited. In the main steps of the process described briefly above, it is necessary to make the following clarifications: The deposition of the drops 310 is advantageously collective to produce a continuous layer 340. The coordination of the deposit prevents any premature evolution of the implanted area in the vicinity of drops that would be deposited too early. Nonhomogeneous heat transfer laterally, that is to say in a direction parallel to the main face of the donor substrate on which the drops are deposited, would lead to a disparate modification of the embrittlement zone. The separation at the zone of weakening 210 would not be performed correctly. In addition, a non-homogeneous distribution of the drops would favor the blistering described in the chapter on the state of the art. The simultaneous deposition of all the drops prevents the appearance of these damaging phenomena. As the detachment of the drops 320 of the capillary nozzles 300 or of a pierced crucible is difficult to achieve by a valve-type control because of the dimensions involved, the volume of liquid is preferably checked, as represented in FIG. 1b. in the bath 350 which supplies the nozzles 310 directly. In practice, it is sufficient to control the height of liquid in this bath, the section being fixed by the dimensions of the deposition system. Preferably and optionally, the addition of a quantity of liquid from another source, for example a second bath (not shown in FIG. 1b), makes it possible to increase the weight on the drop at the end of the capillary nozzle to its detachment 320. In also optional implementations of the invention the detachment of the drops is obtained or is favored by applying an overpressure above the bath 350 and / or by placing the substrate 100 and the outlet nozzles in a confined space in depression. The development of the method of the invention, the steps of which have just been described briefly above, requires that from a physical point of view the concurrent kinetics of three phenomena be adjusted to obtain a section 360 comprising the deposited layer 340 and the given film 110. This resulting layer 360 has a thickness 111 and characteristics adapted to the application in question, for example to the production of wafers for the manufacture of photovoltaic cells. The physical phenomena in competition are: the spreading of the drop; solidification of the liquid silicon deposited and embrittlement of the implanted zone under the effect of heat propagated in the donor substrate. Concretely, it is necessary that at the end of the development of the process, one can be assured: - that the liquid will spread sufficiently before solidifying by resumption of epitaxy in liquid phase from the layer preferably monocrystalline donor substrate; the deposition of the liquid silicon does not cause the temperature of the implanted substrate to rise too much so that the separation in the implanted zone of the substrate is possible subsequently to the deposition; - A sufficient thickness of silicon is solidified to act as a stiffener so as to prevent the occurrence of blistering phenomenon described above. It is indeed necessary that the thickness of the layer provided is sufficiently large compared to the depth of the embrittlement zone so that this layer absorbs the mechanical stresses that may appear by heat input into the substrate so that these constraints do not occur. do not relax on the surface of the donor substrate to form blisters. The invention responds to these points by means of a method allowing the parallel deposition of a plurality of millimeter-sized drops on the substrate which has been previously weakened, thereby combining the advantages of "Smart Cut" technology and the epitaxy in the liquid phase. This is achieved by making a judicious choice of the key parameters of the process which must together achieve a compromise between the various mechanisms involved, those already mentioned above, that is to say: heat transfer between the hot parts and cold, kinetics of spreading and solidification of the drops, kinetics of embrittlement by cracking in order to achieve detachment of a thin plate after spreading and solidification of the deposited drops. The choice of parameters, some of which are interdependent, is made according to three main criteria which are explained below: - The first criterion concerns the size of each individual deposit on the surface of the donor substrate. The minimum size of each deposit, whether a drop as in the embodiment described with reference to the figures, or that it is for example trailing, is determined by a minimum dimension of orifice allowing the liquid semiconductor material to be deposited to escape. In the case of drops, the minimum dimension is the diameter of the hole, the nozzle or the capillary through which the drop 310 escapes to spread over the donor substrate 100. In what follows, and without this being limiting of the invention, reference will be made to a deposit of a drop 310 through a nozzle 300 as illustrated in the figures. At the moment of detachment, the relationship between the radius of the drop rg and the radius of the nozzle rc is given by Tate's law (neglecting the corrective factor F said of Harkins close to unity for capillaries or submillimeter nozzles): mg = 27Crc6 (a) or 6 represents the surface tension of the silicon, g the gravity and m the mass of the drop: m = p (4/3) 7c rg3 (b) p is the density of the silicon. This law specifies a balance between surface tension and the weight of the drop. It therefore comes: rg = (36 / 2pg) 1/3 rc1 / 3 By conventional machining methods, it is conceivable to make nozzles with a minimum radius of 100 μm. Thus, according to (c), for a nozzle of minimum diameter, a drop of 1.7 mm radius is obtained. - The second criterion concerns the distribution of the orifices (the nozzles in the illustrated example) as a function of the size of the drops and the thickness of the deposited layer. The choice of drop size parameters, nozzle arrangement and gap between the nozzles 300 should be made jointly from the desired wafer thickness which is typically between 5 μm and 50 μm for PV applications. Indeed, if we consider that the volume of a drop of radius rg should allow to create a layer of constant thickness eg on a surface of the square 2, where the square is the gap between adjacent nozzles, we can write: In the case where the nozzles are arranged to form a simple 'square lattice', the relation (1) makes it possible to determine the torque: size of the drop, gap between the nozzles. In an optimized configuration the nozzles are advantageously arranged to form a compact arrangement so that the spreading of the drops, in a cylindrical symmetry, rapidly covers the largest (1) possible surface. The coverage rate of the surface before contact between two drops may exceed 90% of the surface before filling the remaining interstices between the drops. In this optimized configuration, the nozzles form an array of equilateral triangles on the LneXa side and the relation between the drop radius rg and the thickness of the desired layer eg is then given by: 2 3 ~ rg = -g eg Lhexa In the In the case of this compact arrangement of the nozzles, the expression (2) allows the skilled person to adjust the above three parameters which are related. In the same way, for any other configuration of the nozzles these three parameters must be considered together, taking into account the equality of the volume of the drop and the fraction of layer that it must form. Thus, by adopting the compact arrangement with a gap of 3 cm Lhexa nozzles, the deposition of drops with a minimum radius of 1.7 mm provides a layer of 26.4 microns thick. - The third criterion concerns the melted thickness on the surface of the donor substrate and the size of the drops. Deposition by drop has the major advantage of providing a locally limited heat input. Indeed, a massive supply of molten material, and therefore of heat, could cause the fusion of the substrate beyond the implanted zone, making separation impossible at the level of the implanted zone. With the method of the invention a judicious choice of thermal and dimensional parameters allows to melt a substrate thickness lower than the implantation depth. Upon the impact of the drop on the surface of the donor substrate the excess of heat energy OQg of the drop relative to its melting temperature will be transmitted to the surface of the substrate in different forms that can be written: tQg-Qs + QTF + Qpertes (3) Qs is the heating energy of the substrate from its initial temperature (before deposition) TS up to the melting temperature of silicon TF, QTF is the heat required for the phase transformation (melting) of the melted thickness of the substrate e1. 4 (2) Qpertes represents the heat dissipation due to heat flows leaving the molten silicon volume (drop + thickness of molten substrate). The equilibrium described by equation (3) can be detailed as follows considering that the melted zone is at the melting temperature of silicon TF: 3rgJPLCP (Tg-TF) = pse1SCP (TF -Ts) + Ps Lfe1S + Qpertes (4) pi_ is the density of liquid silicon, pS the density of solid silicon, Cp the specific heat capacity of silicon (solid and liquid), Lf the heat of fusion of silicon, S the surface on which a drop spreads. Because of the observed rapidity of drop spreading, which is less than one hundredth of a second, and the melting of the superficial layer of the donor substrate, it is assumed as a first approximation that the thermal losses Qpexts which s' conduct either by conduction in the substrate or by radiation in the enclosure are weak. It should be noted, however, that these losses can nevertheless reduce the depth of molten substrate. By neglecting them, and considering that the drop spreads on the surface S to form a layer of thickness eg one can write: (eg S) pL Cp-1 "(Tg - TF) = Ps er S CP (TF - T5) + Ps Lf er S (5) Which makes it possible to obtain the ratio between the thickness of the layer deposited on the melted layer e, eg Ps Crs (TF -Ts) + Ps Lf ej PL CP (Tg -TF) (6) Depending on the thickness of the desired deposited layer, one skilled in the art knows how to deduce from the expression (6) the thickness of the theoretically melted substrate as a function of the thickness of the deposited drops. This value constitutes the upper limit of the thickness actually melted because of the thermal losses which have been neglected as seen above It should be remembered here that the melted thickness on the surface of the donor substrate must always be lower at the implantation depth, considering a drop at a temperature of 1500 ° C, which comes into contact with a silicon substrate at 300 ° C, the melted thickness will be 27.3 times lower than that deposited. Thus a deposited layer with a thickness of the order of 27 μm produces the melting of the surface of the donor substrate to a thickness of one micrometer. The parameters mentioned above are in this case: Lf = 1650 J / g; pL = 2.52 g / cm3; ps = 2.32 g / cm3; LC = 1.04 J / g.K-1; CPS = 0.9 J / g.K1; Tm = 1414 ° C.

Les paramètres intervenant dans la mise en oeuvre de l'invention sont de préférence compris dans les gammes de valeurs indiquées ci-après : - Les espèces implantées sont des ions légers, notamment d'hydrogène à une dose de quelques 1016 H+/cm2 avec ou sans hélium, et avec ou sans co-implantation d'une espèce autre que l'hydrogène ou l'hélium. L'énergie d'implantation est comprise entre 60 keV et 350 keV, et est préférentiellement supérieure à 180 keV. Par exemple, dans le cas d'implantation d'ions hydrogène seuls, la dose implantée est comprise entre 2x1016 H+/cm2 et 1,2x1017 H+/cm2, préférentiellement entre 3x1016 H+/cm2 et 1,0x1017 H+/cm2 et mieux encore entre 4,5x1016 et 8x1016 H+/cm2. Avec des énergies de l'ordre de 250keV, la profondeur maximale d'implantation, correspondant au maximum de concentration de l'espèce implantée, est ainsi de l'ordre de 2,5 pm.s - La température minimale des gouttes doit être supérieure à la température de fusion du silicium pour permettre à la goutte de s'étaler sur la surface du substrat avant de solidifier. La température maximale de la goutte ne doit pas permettre de fondre une épaisseur de substrat égale ou supérieure à la profondeur d'implantation comme le demande le troisième critère discuté précédemment. La température des gouttes est donc comprise entre 1450°C et 1700°C, préférentiellement entre 1480°C et 1650°C. - La température maximale du substrat avant contact avec les gouttes ne doit pas permettre à la zone implantée de se développer notablement et notamment ne doit pas permettre l'apparition de cloques. Cette température est contrôlée et comprise entre 25°C et 450°C, plus préférentiellement entre 150°C et 350°C. Cette gamme de température plus élevée que la température ambiante a pour avantage de faciliter l'étalement des gouttes. - Le volume et l'écart entre les gouttes doivent permettre un étalement suffisant pour que deux gouttes voisines sur le substrat entrent en contact avant solidification. L'écart entre les gouttes/buses est de l'ordre du centimètre, et peut être avantageusement déterminé par le deuxième critère décrit précédemment. Dans le cas de l'emploi de buses, le diamètre intérieur des buses pour le dépôt des gouttes est compris entre 100 pm et 2 mm, préférentiellement entre 180 pm et 500 pm. Comme discuté précédemment avec la définition du premier critère la taille des gouttes issues de telles buses est déterminée par la loi de Tate. Elle est typiquement comprise dans une gamme allant de 1,5 mm à 3 mm de rayon. Comme on l'a vu avec la définition du troisième critère, la taille des gouttes doit par ailleurs être inférieure à celle produisant la fusion d'une épaisseur de substrat supérieure à la profondeur d'implantation. En outre, la configuration de dépôt doit permettre une solidification partielle ou totale de la couche formée après étalement des gouttes et avant rupture de la zone implantée, c'est-à-dire qu'au minimum une épaisseur de 7 pm doit être solidifiée avant séparation, préférentiellement 10 pm, et encore plus préférentiellement 20 pm doivent être solidifiés pour jouer pleinement le rôle de raidisseur.The parameters involved in the implementation of the invention are preferably included in the range of values indicated below: the implanted species are light ions, in particular hydrogen at a dose of some 10 16 H + / cm 2 with or without helium, and with or without co-implantation of a species other than hydrogen or helium. The implantation energy is between 60 keV and 350 keV, and is preferably greater than 180 keV. For example, in the case of implantation of hydrogen ions alone, the implanted dose is between 2x1016 H + / cm2 and 1.2x1017 H + / cm2, preferably between 3x1016 H + / cm2 and 1.0x1017 H + / cm2 and better still between 4.5x1016 and 8x1016 H + / cm2. With energies of the order of 250keV, the maximum depth of implantation, corresponding to the maximum concentration of the implanted species, is thus of the order of 2.5 μm.s - the minimum temperature of the drops must be greater than at the melting temperature of the silicon to allow the drop to spread over the surface of the substrate before solidifying. The maximum temperature of the drop should not allow to melt a substrate thickness equal to or greater than the implantation depth as required by the third criterion discussed above. The temperature of the drops is therefore between 1450 ° C. and 1700 ° C., preferably between 1480 ° C. and 1650 ° C. - The maximum temperature of the substrate before contact with the drops should not allow the implanted area to develop significantly and especially should not allow the appearance of blisters. This temperature is controlled and between 25 ° C and 450 ° C, more preferably between 150 ° C and 350 ° C. This range of temperature higher than the ambient temperature has the advantage of facilitating the spreading of the drops. - The volume and the gap between the drops must allow sufficient spreading so that two neighboring drops on the substrate come into contact before solidification. The gap between the drops / nozzles is of the order of one centimeter, and can be advantageously determined by the second criterion described above. In the case of the use of nozzles, the inner diameter of the nozzles for depositing the drops is between 100 pm and 2 mm, preferably between 180 pm and 500 pm. As discussed above with the definition of the first criterion the size of the drops from such nozzles is determined by the law of Tate. It is typically in a range of 1.5 mm to 3 mm radius. As seen with the definition of the third criterion, the size of the drops must also be smaller than that producing the melting of a substrate thickness greater than the implantation depth. In addition, the deposition configuration must allow partial or complete solidification of the layer formed after spreading of the drops and before breaking of the implanted zone, that is to say that at least a thickness of 7 μm must be solidified before separation, preferably 10 μm, and even more preferably 20 μm must be solidified to fully play the role of stiffener.

De plus, pour les applications photovoltaïques, l'épaisseur de la tranche obtenue doit être suffisante pour jouer le rôle d'absorbeur de lumière. C'est-à-dire qu'elle doit être comprise entre 5 pm et 70 pm, et préférentiellement entre 10 pm et 40 pm. - Le procédé de l'invention est également caractérisé en ce que la distance entre la zone de formation des gouttes et le substrat est comprise entre 5 centimètres (cm) et 1 mètre, préférentiellement entre 10 cm et 50 cm, plus préférentiellement entre 10 cm et 25 cm. Cette distance permet d'éviter l'éclatement des gouttes au contact du substrat en favorisant leur étalement, et de proposer une configuration idéalement réalisable.In addition, for photovoltaic applications, the thickness of the slice obtained must be sufficient to act as a light absorber. That is, it should be between 5 pm and 70 pm, and preferably between 10 pm and 40 pm. - The method of the invention is also characterized in that the distance between the drop formation zone and the substrate is between 5 centimeters (cm) and 1 meter, preferably between 10 cm and 50 cm, more preferably between 10 cm and 25 cm. This distance makes it possible to avoid bursting of the drops in contact with the substrate by promoting their spreading, and to propose an ideally feasible configuration.

On notera également que l'invention peut être appliquée à d'autres matériaux susceptibles de former une couche par épitaxie en phase liquide. Les gouttes de silicium peuvent être remplacées par du germanium pour former une couche de ce matériau. Dans ce cas, la température des gouttes avant dépôt est modifiée pour être comprise entre 939°C et 1600°C, préférentiellement entre 950°C et 1150°C. L'implantation ionique est également effectuée à une dose de quelques 1016 H+/cm2 dans le cas d'ions hydrogène seuls, comme par exemple une dose de 6x1016 H+/cm2 avec une énergie d'implantation de 180 keV.It should also be noted that the invention can be applied to other materials capable of forming a layer by epitaxy in the liquid phase. The silicon drops may be replaced by germanium to form a layer of this material. In this case, the temperature of the drops before deposition is modified to be between 939 ° C and 1600 ° C, preferably between 950 ° C and 1150 ° C. The ion implantation is also carried out at a dose of some 1016 H + / cm 2 in the case of hydrogen ions alone, for example a dose of 6 × 10 16 H + / cm 2 with an implantation energy of 180 keV.

L'invention peut être également mise en oeuvre avec une partie des matériaux semi-conducteurs composites de type III-V possédant un point de fusion suffisamment bas, c'est-à-dire inférieur à 2000°C, pour être déposé à l'aide de buses. À titre d'exemple, on peut citer l'arséniure d'indium (InAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP), l'antimoniure de gallium (GaSb), l'arséniure de gallium (GaAs). Les figures 2a et 2b illustrent un exemple particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention et un exemple système utilisé pour cette mise en oeuvre.The invention can also be implemented with a part of III-V composite semiconductor materials having a sufficiently low melting point, that is to say less than 2000 ° C, to be deposited at the same time. using nozzles. By way of example, mention may be made of indium arsenide (InAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs). Figures 2a and 2b illustrate a particular example of implementation of the method of the invention and a system example used for this implementation.

La figure 2a montre schématiquement les composants d'un implanteur standard du type de ceux utilisés par l'industrie de la microélectronique qui est destiné à générer un flux d'ions 200. Les ions sont extraits d'une source 201 à partir d'un extracteur 202 et séparés en fonction de leur masse à l'aide d'un système d'électroaimants 203 pour ne garder que ceux destinés à être implantés. Une accélération et focalisation du faisceau d'ions sélectionnés sont ensuite réalisées 204. Le faisceau est défléchi 205 pour balayer toute la surface de la cible qui est constitué, dans cet exemple particulier, d'un substrat de silicium monocristallin 100 d'un diamètre de 100 millimètres (mm) et d'une épaisseur de 525 pm. Le substrat est implanté avec une dose de 5x1016 H+/cm2 d'ions ayant une énergie de 210 keV. La couche d'oxyde natif de surface a été préalablement éliminée par un traitement chimique à base d'acide fluorhydrique dilué à 50% en concentration. Le substrat implanté 100 est alors placé dans un système 500 de mise en oeuvre de l'invention. Ce système 500 présente comporte une enceinte 400 sous vide secondaire de l'ordre de 5x10-5 millibar contenant, d'une part un support 410 apte à recevoir le substrat donneur 100. Préférentiellement, le support 410 comporte un élément chauffant agencé pour contrôler la température du substrat donneur 100 avant dépôt, typiquement aux alentours de 250°C pour un substrat en silicium. Le système 500 comprend également un dispositif de dépôt de gouttes 420. Ce dernier est constitué d'un récipient également désigné creuset 430, préférentiellement en graphite isotrope dense revêtu d'une fine couche de carbure de silicium. Le creuset 430 est percé d'un réseau d'orifices 440 également désignés ouvertures, par exemple circulaires.FIG. 2a schematically shows the components of a standard implanter of the type used by the microelectronics industry which is intended to generate a stream of ions 200. The ions are extracted from a source 201 from a extractor 202 and separated according to their mass using an electromagnet system 203 to keep only those intended to be implanted. An acceleration and focusing of the selected ion beam is then performed 204. The beam is deflected 205 to scan the entire surface of the target which is constituted, in this particular example, a monocrystalline silicon substrate 100 having a diameter of 100 millimeters (mm) and a thickness of 525 pm. The substrate is implanted with a dose of 5 × 10 16 H + / cm 2 of ions having an energy of 210 keV. The native surface oxide layer was first removed by a hydrofluoric acid chemical treatment diluted to 50% concentration. The implanted substrate 100 is then placed in a system 500 for implementing the invention. This system 500 has a chamber 400 under secondary vacuum of the order of 5x10-5 millibar containing, on the one hand a support 410 adapted to receive the donor substrate 100. Preferably, the support 410 comprises a heating element arranged to control the temperature of the donor substrate 100 before deposition, typically around 250 ° C for a silicon substrate. The system 500 also comprises a drop deposit device 420. The latter consists of a vessel also designated crucible 430, preferably dense isotropic graphite coated with a thin layer of silicon carbide. The crucible 430 is pierced with a network of orifices 440 also designated openings, for example circular.

Dans cet exemple, le réseau d'orifices 440 est équipé de buses 300, de diamètre de 200±10 pm. Ce réseau, qui s'étend sur une surface équivalente à celle du substrat 100, est disposé pour former un arrangement compact de formation de gouttes ayant une distance inter orifice de 30 mm. Ces orifices 5 jouent le rôle de buses d'aspersion. Le dessous de ces orifices est avantageusement revêtu d'une couche de nitrure de bore pour limiter le mouillage de la goutte sur le pourtour de l'orifice, et de fait la taille des gouttes. Le silicium est fondu à une température de 1500°C dans un premier creuset 450 alimentant le creuset 430 percé d'un réseau de buses d'aspersion 10 placées à une hauteur 460 de 15 cm du substrat. La hauteur de silicium fondu 350 dans le creuset percé 440 est lentement augmentée par une alimentation 452 en silicium fondu depuis le premier creuset 450 jusqu'à permettre le détachement d'une matrice de gouttes 310, chacune d'entre elles provenant d'une buse. Au contact du substrat 100 porté à 250°C, les gouttes de silicium 15 s'étalent jusqu'à entrer en contact et se solidifient, formant de fait une couche continue (non représentée). Dans une telle configuration les gouttes ont un diamètre de l'ordre de 1,7 mm ce qui conduit à une couche d'une épaisseur de l'ordre de 26 pm. L'épaisseur fondue de silicium du substrat avant recristallisation ne dépasse pas un micromètre. Ainsi, la zone implantée 210 20 n'est pas endommagée, et la chaleur diffusant des gouttes vers le substrat fragilise la zone implantée jusqu'à conduire à la séparation et au détachement de la couche épitaxiée sur son germe formé par le film donné 110. Le procédé décrit ci-dessus répond ainsi aux objectifs de l'invention. Il a potentiellement une haute productivité tout en étant économe en matière 25 première en ne prélevant à chaque cycle qu'une fine couche superficielle d'un substrat donneur servant de germe lors de la solidification du substrat à produire. Il permet l'utilisation d'implanteurs conventionnels largement utilisés par l'industrie de la microélectronique. Le procédé est facilement adaptable. Par exemple, si la contribution thermique apportée par les gouttes est insuffisante 30 pour provoquer la séparation au niveau de la zone fragilisée du substrat donneur un traitement thermique supplémentaire à une température Trecuit et/ou une sollicitation mécanique peuvent être pratiquées pour induire la rupture et le détachement de la tranche.In this example, the network of orifices 440 is equipped with nozzles 300, with a diameter of 200 ± 10 μm. This network, which extends over a surface equivalent to that of the substrate 100, is arranged to form a compact drop formation having an inter-orifice distance of 30 mm. These orifices 5 act as spray nozzles. The underside of these orifices is advantageously coated with a layer of boron nitride to limit the wetting of the drop on the periphery of the orifice, and in fact the size of the drops. The silicon is melted at a temperature of 1500 ° C in a first crucible 450 feeding the crucible 430 pierced with a network of spray nozzles 10 placed at a height 460 15 cm from the substrate. The height of molten silicon 350 in the pierced crucible 440 is slowly increased by a supply 452 of molten silicon from the first crucible 450 to allow the detachment of a matrix of drops 310, each of which comes from a nozzle . In contact with the substrate 100 heated to 250 ° C., the silicon drops spread out until they come into contact and solidify, effectively forming a continuous layer (not shown). In such a configuration the drops have a diameter of the order of 1.7 mm which leads to a layer with a thickness of the order of 26 pm. The molten silicon thickness of the substrate before recrystallization does not exceed one micrometer. Thus, the implanted zone 210 is not damaged, and the heat diffusing drops towards the substrate weakens the implanted zone until it leads to the separation and detachment of the epitaxial layer on its seed formed by the given film 110. The method described above thus meets the objectives of the invention. It potentially has high productivity while being economical in the first case by taking each cycle only a thin surface layer of a donor substrate serving as seed during the solidification of the substrate to be produced. It allows the use of conventional implanters widely used by the microelectronics industry. The process is easily adaptable. For example, if the thermal contribution provided by the drops is insufficient to cause separation at the weakened zone of the donor substrate, additional heat treatment at a Trecuit temperature and / or mechanical biasing may be practiced to induce fracture and fracture. detachment of the slice.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s'étend à des variantes de réalisation. Notamment, bien que le mode de réalisation faisant l'objet de la description détaillée et des figures prévoit le versement du matériau semi conducteur sous forme de gouttes, l'invention s'étend à toutes formes de versement du matériau semi conducteur. Par exemple et selon la configuration du système mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, des lignes pourront être versées sur le substrat donneur de manière alternative ou combinée avec le versement de gouttes, l'objectif étant d'obtenir une couche homogène et sans gradient de température à la surface du substrat donneur. De ce qui précède, il apparaît clairement que la présente invention propose un procédé particulièrement simple et peu onéreux pour obtenir une tranche de matériau semi-conducteur dont l'épaisseur peut être librement choisie (typiquement entre quelques micromètres et la centaine de micromètres) et de grande dimension latérale (typiquement de plusieurs centaines de cm2). L'invention s'avère particulièrement avantageuse pour la réalisation de tranches dédiées à la réalisation de cellules photovoltaïques, sans pour autant être limitée à cette application.20The invention is not limited to the previously described embodiments and extends to variant embodiments. In particular, although the embodiment which is the subject of the detailed description and the figures provides for the delivery of the semiconductor material in the form of drops, the invention extends to all forms of pouring of the semiconductor material. For example, and depending on the configuration of the system implementing the method according to the invention, lines may be poured onto the donor substrate in an alternative manner or combined with the pouring of drops, the objective being to obtain a homogeneous layer without temperature gradient at the surface of the donor substrate. From the foregoing, it is clear that the present invention proposes a particularly simple and inexpensive method for obtaining a slice of semiconductor material whose thickness can be freely chosen (typically between a few micrometers and the hundred micrometers) and of large lateral dimension (typically several hundred cm2). The invention is particularly advantageous for producing dedicated wafers for the production of photovoltaic cells, without being limited to this application.

Claims (21)

REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'une tranche en matériau semi-conducteur à partir d'un substrat donneur (100) en un premier matériau semi-conducteur et comprenant dans son épaisseur une zone de fragilisation (210), caractérisé en ce qu'il comprend : - le dépôt (320) d'un deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide simultanément sur une pluralité de zones d'une face (101) du substrat donneur (100); - l'étalement du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide jusqu'à former une couche (340) sur ladite face (101) du substrat donneur (100); - la solidification au moins partielle de la couche (340) du deuxième matériau semi-conducteur déposé pour épaissir le substrat donneur (100); - la séparation du substrat donneur (100) au niveau de la zone de fragilisation (210).REVENDICATIONS1. A method for obtaining a wafer made of a semiconductor material from a donor substrate (100) of a first semiconductor material and comprising in its thickness an embrittlement zone (210), characterized in that it comprises depositing (320) a second semiconductor material in the liquid state simultaneously over a plurality of zones of a face (101) of the donor substrate (100); spreading the second semiconductor material in the liquid state until forming a layer (340) on said face (101) of the donor substrate (100); at least partial solidification of the layer (340) of the second deposited semiconductor material for thickening the donor substrate (100); the separation of the donor substrate (100) at the weakening zone (210). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dépôt du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide sur une pluralité de zones du substrat donneur (100) comprend le dépôt d'une pluralité de gouttes (310) du deuxième matériau semi-conducteur sur le substrat donneur (100).The method of claim 1, wherein depositing the second semiconductor material in the liquid state on a plurality of areas of the donor substrate (100) comprises depositing a plurality of drops (310) of the second semi material. -conductor on the donor substrate (100). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solidification est contrôlée de sorte qu'au moins une partie de la couche (340) du deuxième matériau semi conducteur forme un raidisseur sur ladite face (101) du substrat donneur (100) avant ladite séparation.A method according to any one of the preceding claims, wherein the solidification is controlled so that at least a portion of the layer (340) of the second semiconductor material forms a stiffener on said face (101) of the donor substrate ( 100) before said separation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité du deuxième matériau semi-conducteur déposé, la température du deuxième matériau semi-conducteur déposé, la température du substrat donneur (100), ainsi que la profondeur de la zone de fragilisation (210) sont choisies de sorte que suite au dépôt, de la chaleur apportée par le deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide se propage dans le substrat donneur (100) jusqu'à la zone de fragilisation (210), pour participer à ou pourprovoquer la séparation du substrat donneur (100) au niveau de la zone de fragilisation (210).4. A method according to any one of the preceding claims, wherein the amount of the deposited second semiconductor material, the temperature of the second deposited semiconductor material, the temperature of the donor substrate (100), and the depth of the area. embrittlement (210) are chosen so that following deposition, heat supplied by the second semiconductor material in the liquid state propagates in the donor substrate (100) to the weakening zone (210), to participate in or to cause separation of the donor substrate (100) at the weakening zone (210). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la séparation du substrat donneur (100) au niveau de la zone de fragilisation (210) est obtenue uniquement par apport de chaleur provenant du dépôt du deuxième matériau semi conducteur sur ladite face (101) du substrat donneur (100).5. Method according to any one of the preceding claims, wherein the separation of the donor substrate (100) at the weakening zone (210) is obtained solely by heat input from the deposition of the second semiconductor material on said face. (101) of the donor substrate (100). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue après la solidification et par une étape additionnelle comprenant une étape de traitement thermique et/ou une étape mécanique effectuée de sorte à appliquer une contrainte mécanique.6. Method according to any one of claims 1 to 4, wherein the separation of the donor substrate at the weakening zone is obtained after solidification and by an additional step comprising a heat treatment step and / or a mechanical step performed so as to apply a mechanical stress. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dépôt est effectué de sorte que l'étalement (320) du deuxième matériau semi-conducteur à l'état liquide forme une couche (340) d'épaisseur sensiblement constante sur toute ladite face (101) du substrat donneur (100).7. A method according to any one of the preceding claims, wherein the deposition is carried out so that the spreading (320) of the second semiconductor material in the liquid state forms a layer (340) of substantially constant thickness on all of said face (101) of the donor substrate (100). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche (340) formée par le deuxième matériau semi-conducteur sur la face (101) du substrat donneur (100) présente une épaisseur comprise entre 5 20 pm et 70 pm et de préférence comprise entre 10 pm et 50 pm.A method according to any one of the preceding claims, wherein the layer (340) formed by the second semiconductor material on the face (101) of the donor substrate (100) has a thickness of between 5 μm and 70 μm. and preferably between 10 pm and 50 pm. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le substrat donneur (100) présente une structure cristalline au moins au niveau de ladite face (101) sur laquelle est déposée le deuxième matériau semi-conducteur et dans lequel la solidification reproduit au moins en certaines 25 zones la structure cristalline du substrat donneur (100).9. Method according to any one of the preceding claims, wherein the donor substrate (100) has a crystalline structure at least at the level of said face (101) on which is deposited the second semiconductor material and in which the solidification reproduces at least in certain areas the crystalline structure of the donor substrate (100). 10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le substrat donneur (100) est monocristallin.10. Method according to the preceding claim, wherein the donor substrate (100) is monocrystalline. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau semi-conducteur est en silicium (Si), en germanium(Ge) ou en silicium-germanium (Si-Ge) et dans lequel le deuxième matériau semi-conducteur est en silicium (Si), en germanium (Ge) ou en silicium-germanium (Si-Ge).11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the first semiconductor material is silicon (Si), germanium (Ge) or silicon-germanium (Si-Ge) and wherein the second semiconductor material is conductor is silicon (Si), germanium (Ge) or silicon-germanium (Si-Ge). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le premier matériau semi-conducteur et/ou le deuxième matériau semiconducteur sont pris parmi l'un des matériaux semi-conducteurs composites de type III-V présentant un point de fusion inférieur à 2000°C.The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the first semiconductor material and / or the second semiconductor material are taken from one of the III-V composite semiconductor materials having a melting below 2000 ° C. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau semi conducteur à l'état liquide est du silicium présentant une température lors du dépôt comprise entre 1450°C et 1700°C et préférentiellement entre 1480°C et 1650°C et dans lequel le substrat donneur (100) est en silicium et présente une température comprise entre 25°C et 450°C et plus préférentiellement entre 150°C et 350°C lors du dépôt du deuxième matériau semiconducteur à l'état liquide.13. Process according to any one of the preceding claims, in which the second semiconductor material in the liquid state is silicon having a temperature during deposition of between 1450 ° C. and 1700 ° C. and preferably between 1480 ° C. and 1650 ° C. ° C and wherein the donor substrate (100) is silicon and has a temperature between 25 ° C and 450 ° C and more preferably between 150 ° C and 350 ° C during the deposition of the second semiconductor material in the liquid state . 14. Procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque comprenant un procédé d'obtention d'une tranche semi conducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.14. A method of producing a photovoltaic cell comprising a method for obtaining a semiconductor wafer according to any one of the preceding claims. 15. Système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 comprenant : - un creuset (350), - un support (410) disposé sous le creuset (350) et apte à recevoir un substrat (100) présentant une forme de plaque (100), - le creuset (350) présentant des orifices (440) pour permettre le versement sur le substrat (100) porté par le support (400) d'un liquide contenu dans le creuset (350), deux orifices (440) adjacents étant séparés l'un de l'autre par une distance comprise entre 5 et 50 mm et la dimension minimale d'un orifice (440) étant comprise entre 100 pm et 2 mm.15. System for carrying out the method according to any one of claims 1 to 13 comprising: - a crucible (350), - a support (410) disposed under the crucible (350) and adapted to receive a substrate (100). ) having a plate shape (100), - the crucible (350) having orifices (440) for allowing the substrate (100) carried by the support (400) to be poured on a liquid contained in the crucible (350) two adjacent ports (440) being separated from each other by a distance of between 5 and 50 mm and the minimum dimension of an orifice (440) being between 100 μm and 2 mm. 16. Système selon la revendication précédente, dans lequel deux orifices (440) adjacents sont séparés l'un de l'autre par une distance comprise entre 20- 28 et 40 mm et dans lequel la dimension minimale d'un orifice est comprise entre 180 pm et 500 pm.16. System according to the preceding claim, wherein two orifices (440) adjacent are separated from each other by a distance of between 20-28 and 40 mm and in which the minimum dimension of an orifice is between 180 pm and 500 pm. 17. Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel au moins certains orifices (440) sont des trous de section circulaire, la dimension minimale étant un diamètre du trou.17. System according to any one of the two preceding claims, wherein at least some orifices (440) are holes of circular section, the minimum dimension being a diameter of the hole. 18. Système selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel au moins certains des orifices forment chacun une ligne et la dimension minimale de ces orifices est une largeur de la ligne.18. System according to any one of the three preceding claims, wherein at least some of the orifices each form a line and the minimum dimension of these orifices is a width of the line. 19. Système selon l'une quelconque des quatre revendications précédentes, comprenant également des éléments chauffants configurés pour chauffer le creuset (350) et/ou pour chauffer le support (410).19. System according to any one of the four preceding claims, also comprising heating elements configured to heat the crucible (350) and / or to heat the support (410). 20. Système selon l'une quelconque des six revendications précédentes, dans lequel la distance entre le support (410) et les orifices (440) est comprise entre 5 centimètres et 1 mètre et plus préférentiellement entre 10 centimètres et 25 centimètres.20. System according to any one of the six preceding claims, wherein the distance between the support (410) and the orifices (440) is between 5 centimeters and 1 meter and more preferably between 10 centimeters and 25 centimeters. 21. Système selon l'une quelconque des sept revendications précédentes, comprenant une enceinte configurée pour créer une dépressurisation en aval des orifices et/ou des moyens pour créer une surpression en amont des orifices.21. System according to any one of the preceding claims, comprising an enclosure configured to create a depressurization downstream of the orifices and / or means for creating an overpressure upstream of the orifices.
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