CH626746A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un procédé pour déposer du silicium cristallin, dopé N ou P ou non, en films minces sur des substrats graphités.
Dans l'industrie électronique on utilise fréquemment des dispositifs, tels les transistors, les cellules photovoltaïques, les microcircuits, dans lesquels du silicium cristallin est déposé à la surface d'un corps graphité, en général appelé «substrat», en film mince.
On ne disposait pas, jusqu'à présent, de procédé satisfaisant pour déposer sur du graphite du silicium cristallin en film mince, mais ayant toutefois une épaisseur convenable de l'ordre de 300 microns, et régulière.
Il est connu de déposer en phase vapeur certains composés, tels le silicium sur différents substrats comme par exemple le saphir, le spinelle et le graphite.
Ce procédé de dépôt en phase vapeur ne permet d'obtenir que des films beaucoup trop minces, de l'ordre de 1 à 10 microns. Un autre procédé, appelé procédé par diffusion, consiste à déposer le corps cristallin à la surface du substrat sur lequel il cristallise. Ce procédé conduit également à des films ayant une épaisseur beaucoup trop faible, de l'ordre de 1 micron. De plus, dans le cas de corps cristallins tels le silicium,
il se produit avec un tel procédé une attaque chimique systématique de tous les substrats.
Un procédé récent de LEP, ayant fait l'objet d'un article intitulé «Croissance de couches de silicium polycristallin sur des substrats en carbone pour application aux cellules solaires» aux pages 191-198 du compte-rendu du Colloque sur l'Energie Solaire du 1er au 5 Mars 1976 à Toulouse, concerne le dépôt de silicium sur un substrat de graphite. Il consiste à tremper le substrat de graphite dans un bain de silicium et à tirer ce substrat selon un angle déterminé avec l'horizontale. Il est difficile avec un tel système de maintenir constante l'épaisseur du dépôt. Il est également difficile de rendre un tel procédé continu. Ce procédé implique en outre le maintien d'une quantité assez importante de silicium fondu dans le creuset, ce qui est onéreux.
Outre les inconvénients mentionnés ci-dessus, aucun des procédés de la technique antérieure ne permet de déposer côte à côte des couches de composés différents ou de composition différente d'un même composé. Aucun de ces procédés ne permet non plus le dépôt d'un film,ayant une composition variable, continûment ou selon un programme donné. Il est
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par ailleurs très difficile, sinon impossible, avec les procédés de l'art antérieur d'effectuer un dépôt multicouche, c'est-à-dire comportant plusieurs couches les unes sur les autres. Or, il peut être intéressant de disposer de films déposés sur un substrat graphité et constitués de bandes Si dopé N et Si dopé P alternées, ou bien de films multicouche à couches Si dopé -Si dopé N alternées, ou bien encore de films de silicium cristallin à dopage continûment variable.
Un objet de la présente invention est de fournir un procédé continu de dépôt de films de silicium cristallin sur des substrats graphités.
Un objet de l'invention est encore de fournir un procédé permettant de déposer sur le substrat graphité un film de silicium ayant un dopage de composition variable.
Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé permettant de déposer côte à côte sur le substrat des bandes de silicium de dopage différent ou de dopage de composition différente.
Un autre objet de l'invention est encore de fournir un procédé permettant d'obtenir facilement des dépôts multicouche.
Le procédé de dépôt en continu de silicium cristallin en films minces sur un substrat graphité, selon la présente invention, consiste à:
la présente invention consiste à:
a) placer la matière de silicium cristallin dans un creuset comportant à sa partie inférieure un orifice capillaire d'axe vertical ayant une hauteur supérieure ou égale à la heuteur de rétention dans ledit capillaire de ladite matière fondue, à la température et à la pression considérées;
b) porter ladite matière à une température supérieure à son point de fusion;
c) amener ledit substrat préchauffé au contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure dudit orifice capillaire;
d) déplacer ledit substrat à vitesse convenable dans une direction constante déterminée faisant un angle compris entre 0 et 60° avec l'horizontale;
e) enlever à intervalles de temps choisies le substrat revêtu de silicium cristallin.
Pour obtenir le dépôt d'un film ayant un dopage de composition variable, il suffit de faire varier de façon prédéterminée le dopage de la matière de silicium alimentée dans le creuset.
Le procédé de dépôt en continu sur un substrat d'un film mince constitué par des bandes côte à côte de silicium de dopage différent ou de dopage de composition différente selon la présente invention consiste à :
a) placer chaque matière de silicium de dopage différent ou de dopage de composition différente dans des creusets distincts comportant chacun à leur partie inférieure un orifice capillaire ayant une hauteur supérieure ou égale à la heuteur de rétention dans ledit capillaire de la matière qui y est contenue à l'état fondu, à la température et à la pression considérée, les axes de tous Iesdits orifices capillaires étant verticaux et ayant une longueur sensible égale;
b) porter la matière de chacun desdits creusets à une température supérieure à son point de fusion;
c) amener ledit substrat préchauffé au contact des gouttes pendantes formées à la partie inférieure desdits orifices capillaires;
d) déplacer ledit substrat à vitesse convenable dans une direction constante déterminée se trouvant dans un plan parallèle aux dits axes desdits orifices capillaires;
e) enlever à intervalles de temps choisies le substrat revêtu du film à bandes côte à côte.
Le procédé de dépôt en continu d'un film mince multicouche de silicium sur un substrat graphité selon la présente invention consiste à:
a) plaer la matière de silicium devant constituer les différentes couches dans des creusets distincts comportant chacun à leur partie inférieure un orifice capillaire ayant une hauteur supérieure ou égale à la hauteur de rétention de la matière qui y est contenue à l'état fondu, à la température et à la pression considérées, les axes de tous Iesdits orifices capillaires étant verticaux;
b) porter la matière de chacun desdits creusets à son point de fusion;
c) amener ledit substrat préchauffé au contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure de l'orifice capillaire du premier creuset;
d) déplacer ledit substrat ainsi revêtu de la première couche dans une direction déterminée faisant un angle compris entre
0 et 60° avec l'horizontale jusqu'à l'amener en contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure du deuxième capillaire;
e) continuer l'opération jusqu'à ce que le substrat soit amené au contact de la goutte pendante formée à l'orifice du dernier capillaire;
f) enlever le subsrat ainsi revêtui de plusierus couches superposées.
Le dispositif utilisé pour le dépôt d'un corps cristallin en film mince sur un substrat, selon la présente invention, est par exemple celui décrit dans la demande de brevet français de la titulaire No 75.24770, publiée sous le No 2.321.326.
L'extrémité du capillaire peut avoir différentes formes appropriées, telles que celles décrites dans la demande de brevet 75.24770 précitée; les lèvres inférieures de l'orifice capillaire peuvent se trouver au même niveau horizontal ou non.
Le préchauffage du substrat est effectué par exemple par induction HF.
On peut prévoir facultativement un post chauffage du substrat revêtu, ce post chauffage pouvant être effectué par les mêmes moyens que le préchauffage.
Toute l'opération de revêtement se déroule dans une atmosphère appropriée, par exemple sous argon ou hélium exempt d'oxygène.
Facultativement on dépose un germe sur le substrat, à l'extrémité de laquelle commence le dépôt de façon à ce que le liquide de la goutte pendante vienne à son contact et qu'ainsi le cristal formé en couche d'oriente selon ce germe.
La vitesse de déplacement du substrat est comprise entre
1 mm/mn et 100 mm/mn.
La présente invention sera à présent décrite en se référant aux figures 1,2 et 3 annexées représentant schématiquement le dépôt d'un film de silicium cristallin sur un substrat graphité selon l'invention.
La figure 1 schématise le dépôt d'un film avec déplacement du substrat horizontalement. La figure 2 schématise le dépôt d'un film avec déplacement selon une direction y. La figure 3 schématise le dépôt d'un film sur un substrat possédant un germe à l'extrémité à laquelle commence le dépôt, avec déplacement du substrat selon l'horizontale.
Dans les figures 1,2 et 3, la matière (1) du silicium cristallin se trouve à l'état fondu dans le creuset (2). Elle s'écoule par le capillaire (3) jusqu'à former une goutte pendante venant au contact du substrat (4) préchauffé au moyen du préchauffeur (5).
La longueur 1P du p1 capillaire est définie par la formule:
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Dans cette formule, a signifie l'angle de déplacement du substrat avec l'horizontale, li la longueur du 1er capillaire, p le pème capillaire, 1P la longueur du pème capillaire, 2 étant l'indice de sommation. La formule partielle comportant 2 signifie que l'on fait la somme des longueurs lx depuis x = 1 jusqu'à x = p—1.
Le substrat est déplacé selon la direction y et il s'y dépose un film (6) de silicium cristallin.
Dans la figure 3, le germe placé à l'extrémité du substrat à laquelle commence le dépôt est identifié par (7).
Par le procédé décrit, on peut par exemple réaliser un film constitué de bandes Si-N et Si-P alternées, ou bien multicouche à couches Si-N — Si-P alternées, ou bien un film de silicium ayant un dopage de composition continûment variable.
Les substrats graphités revêtus de silicium cristallin sont le constituant principal des cellules photovoltaïques.
L'exemple suivant illustre l'invention.
Exemple
Dépôt de silicium sur un substrat graphité haute densité
On utilise un creuset en graphite ayant un filière de 25 mm de large et un orifice capillaire dont l'alésage est s 0,7 mm X 24,5 mm.
La largeur du substrat graphite est de 25 mm et son épaisseur est d'environ 1 mm.
La température du Si liquide en bas de la goutte pendante est 1425 °C ± 0,5 °C.
io On alimente le Si en poudre à raison de 18 g/h.
Après avoir amené le substrat préchauffé à 410° C, situé à 0,3 mm en dessous de la filière, au contact de la goutte pendante formée en bas du capillaire, on le déplace horizontalement à une vitesse de 1 cm/mn.
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On obtient sur le substrat un dépôt d'un film de silicium ayant une épaisseur de 0,3 mm ± 0,03 mm.
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1 feuille dessins
Claims (11)
1. Procédé de dépôt en continu d'un film de silicium cristallin sur un substrat graphité, caractérisé en ce que a) on place la matière de silicium cristallin dans un creuset comportant à sa partie inférieure un orifice capillaire d'axe vertical ayant une longueur supérieure ou égale à la hauteur de rétention dans ledit capillaire de ladite matière à l'état fondu, à la température et à la pression considérées;
b) on porte ladite matière à une température supérieure à son point de fusion;
c) on amène ledit substrat, chauffé au préalable, au contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure dudit orifice capillaire;
d) on déplace ledit substrat à une vitesse déterminée dans une direction constante faisant un angle compris entre 0 et 60° avec l'horizontale; et e) on enlève à intervalles de temps choisis le substrat revêtu du corps cristallin.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la composition de la matière de silicium alimentée dans le creuset et qu'on obtient un film de silicium ayant un dopage de composition variable.
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REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplace ledit substrat à une vitesse comprise entre 1 et 100 mm/minute.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet à un chauffage subséquent le substrat revêtu du film.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on place à l'extrémité du substrat à laquelle commence le dépôt un germe destiné à orienter le cristal formé en film.
6. Procédé de dépôt en continu sur un substrat graphité d'un film de silicium cristallin constitué par des bandes côte à côte de silicium de dopage différent ou de dopage de composition différente, caractérisé en ce que a) on place chaque matière de silicium de dopage différent ou de dopage de composition différente dans des creusets distincts comportant chacun à leur partie inférieure un orifice capillaire ayant une longueur supérieure ou égale à la hauteur de rétention dans ledit capillaire de ladite matière à l'état fondu, à la température et à la pression considérées, les axes de tous Iesdits orifices capillaires étant verticaux et ayant une longueur égale;
b) on porte la matière de chacun desdits creusets à une température supérieure à son point de fusion;
c) on amène ledit substrat, chauffé au préalable, au contact des gouttes pendantes formées à la partie inférieure desdits orifices capillaires;
d) on déplace ledit substrat à une vitesse déterminée dans une direction constante se trouvant dans un plan parallèle auxdits axes desdits orifices capillaires; et e) on enlève à intervalles de temps choisis le substrat revêtu du film à bandes côte à côte.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on déplace ledit substrat à une vitesse comprise entre 1 et 100 mm/minute.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on soumet à un chauffage subséquent le subsrat revêtu du film.
9. Procédé de dépôt en continu d'un film de silicium cristallin multicouche sur un substrat graphité, caractérisé en ce que a) on place la matière de silicium devant constituer les différentes couches dans des creusets distincts comportant chacun à leur partie inférieure un orifice capillaire ayant une longueur supérieure ou égale à la hauteur de rétention de ladite matière à l'état fondu, à la température et à la pression considérées, les axes de tous Iesdits orifices capillaires étant verticaux;
b) on porte la matière de chacun desdits creusets à son point de fusion;
c) on amène ledit substrat, chauffé au préalable, au contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure de l'orifice capillaire du premier creuset;
d) on déplace ledit substrat ainsi revêtu de la première couche dans un direction déterminée faisant un angle compris entre 0 et 60° avec l'horizontale jusqu'à l'amener en contact de la goutte pendante formée à la partie inférieure du deuxième capillaire;
e) on continue l'opération jusqu'à ce que le substrat soit amené au contact de la goutte pendante formée à l'orifice du dernier capillaire; et f) on enlève le substrat ainsi revêtu de plusieurs couches superposées.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on déplace ledit substrat à une vitesse comprise entre 1 et 100 mm/minute.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on soumet à un chauffage subséquent le substrat revêtu du film.
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PL | Patent ceased |