EP1871926A1 - Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur - Google Patents
Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseurInfo
- Publication number
- EP1871926A1 EP1871926A1 EP06726209A EP06726209A EP1871926A1 EP 1871926 A1 EP1871926 A1 EP 1871926A1 EP 06726209 A EP06726209 A EP 06726209A EP 06726209 A EP06726209 A EP 06726209A EP 1871926 A1 EP1871926 A1 EP 1871926A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- filaments
- support strip
- semiconductor material
- silicon
- ribbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 47
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 6
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Chemical class 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/20—Controlling or regulating
- C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/08—Germanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/42—Gallium arsenide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
L'invention concerne un procédé de tirage d'au moins un ruban d'un matériau semi-conducteur (40-42) selon lequel deux filaments (24-26) parallèles et espacés l'un de l'autre traversent verticalement, de bas en haut et à vitesse continue, la surface d'un bain dudit matériau semi-conducteur fondu, le ruban (40-42) se formant à partir d'un ménisque situé entre les filaments et sensiblement au niveau de ladite surface. Selon l'invention, une bande support (22) est interposée entre les filaments (24-26), la bande support (22) traversant verticalement, de bas en haut et à vitesse continue, la surface du bain de matériau semi-conducteur fond u à la même vitesse de défilement que les filaments, le ruban de matériau semi-conducteur (40-42) étant alors formé sur l'une des deux faces de la bande support et étant supporté par ladite face. Application à la réalisation de rubans de silicium polycristallin pour la fabrication de cellules photovoltaïques.
Description
Procédé de tirage de rubans de semi-conducteur de faible épaisseur
La présente invention a pour objet un procédé de tirage de rubans de semi-conducteur, notamment du silicium polycristallin, de faible épaisseur à partir d'un bain de silicium fondu.
Les rubans de semi-conducteur les plus utilisés, notamment pour la réalisation de cellules photovoltaïques, sont des rubans de silicium polycristallin. L'exposé qui suit se rapporte donc aux rubans de silicium, mais en gardant à l'esprit que l'invention concerne également des rubans d'autres matières semi -conductrices, telles que par exemple le germanium ou l'arséniure de gallium.
La réalisation de rubans minces de silicium est une solution préférée à l'obtention de plaques de silicium par sciage de lingots pour fabriquer des cellules photovoltaïques. En effet, cette solution permet une forte réduction de la consommation de silicium, la suppression de l'opération coûteuse du sciage en plaques et la réduction de la consommation de produits chimiques toxiques.
Parmi les nombreuses solutions de tirage de rubans de silicium qui ont été développées, deux procédés de tirage vertical se sont révélés les plus performants pour l'obtention de rubans minces, l'un appelé "RST" pour Ruban sur Substrat Temporaire et l'autre "STR" (abréviation de "STring Ribbon").
Selon le procédé RST, une bande de faible épaisseur et généralement en carbone défile verticalement, de bas en haut et à vitesse constante, dans un bain de silicium fondu. Une couche mince de silicium se dépose sur chacune des deux faces de la bande de carbone. Après solidification, la bande qui sort du bain est une bande composite constituée d'une âme en carbone insérée entre deux couches de silicium. L'âme en carbone est ultérieurement éliminée par brûlage dans un four à haute température. On obtient ainsi deux rubans de silicium de faibles épaisseurs qui sont découpés en plaques. Le procédé RST est par exemple décrit dans les brevets FR 2 386 359, FR 2 550 965 et FR 2 561 139.
L'autre procédé, le procédé STR, est illustré schématiquement sur la figure 1. Un creuset de tirage 10, muni de moyens de chauffage non représentés, contient un bain de silicium fondu 12. Le fond du creuset est percé de deux orifices par lesquels pénètrent deux filaments 14 et 16 parallèles, verticaux et espacés l'un de l'autre. Ces filaments défilent à vitesse constante, de bas en haut, dans le bain de silicium. Un germe permet au départ d'amorcer la cristallisation du silicium entre les deux filaments à la surface du bain de silicium. Un ruban autosupporté 18 peut alors être tiré entre les deux filaments, lesquels servent à stabiliser ou à ancrer les bords du ruban. La croissance du ruban 18 se développe par le ménisque 20 qui se forme par capillarité sur une hauteur d'environ 7 mm au-dessus de la surface du bain de silicium entre les filaments 14 et 16. Après solidification du silicium, les filaments sont incorporés dans le ruban de silicium sur ses bords. La demande de brevet WO 2004/035877, par exemple, décrit une forme de mise en œuvre du procédé STR, ainsi que des moyens permettant de réduire ou de supprimer la déformation du ménisque qui se produit parfois.
Ces procédés de tirage vertical, bien que performants, sont cependant confrontés au problème de l'instabilité du ménisque de silicium liquide à chaque extrémité du ruban en raison des forces capillaires qui tendent à sectionner ce ménisque. Diverses améliorations du procédé ont été proposées. Par exemple, pour le procédé RST, le brevet FR 2 550 965 propose d'utiliser des éléments fixes placés au voisinage des bords du ruban afin d'ajuster la forme du ménisque et l'épaisseur de la couche de silicium sur ces bords. De même, pour le procédé STR, la demande de brevet WO 01/04388 A3 propose des moyens pour stabiliser le bord du ménisque en élevant le niveau du bain de silicium fondu à proximité des filaments. Ces solutions ne donnent cependant pas entière satisfaction.
Le procédé STR présente d'autres inconvénients. Par exemple, il a une faible productivité due à sa faible vitesse de tirage, de l'ordre de 1 ,7 cm/mn. Au-delà de cette vitesse de tirage se produit un gauchissement du ruban dû à des contraintes d'origine thermique qui déforment la surface du
ruban de silicium. Il a alors été proposé d'effectuer en parallèle plusieurs tirages dans un même bâti. Cependant, le tirage en parallèle se heurte au problème de l'interférence entre les ménisques liquides libres. En effet, les ménisques tendent à s'attirer pour réduire l'énergie de surface, ce qui conduit à des défauts de planéité des rubans. Ce problème est en partie résolu par la demande de brevet WO 2004/042122 A1 , au prix d'une complication du procédé, avec la mise en place autour des rubans d'éléments de contrôle de la forme du ménisque dans la partie latérale du ruban. Un autre inconvénient du système STR réside dans le fait qu'en pratique l'épaisseur du ruban est difficilement inférieure à 250 micromètres. En dessous de cette épaisseur, le ruban de silicium devient gauche et fragile et est difficile à manipuler dans les étapes de fabrication de cellules photovoltaïques. De plus, le procédé STR comporte une phase d'amorçage, la germination, qui est critique et délicate au démarrage du tirage du ruban ou au redémarrage à la suite de ruptures accidentelles du ménisque liquide.
La présente invention a pour but d'améliorer le procédé STR en remédiant à un ou plusieurs des inconvénients mentionnés précédemment.
A cette fin, l'invention concerne un procédé de tirage d'au moins un ruban d'un matériau semi-conducteur selon lequel deux filaments parallèles et espacés l'un de l'autre traversent verticalement, de bas en haut et de façon continue, la surface d'un bain dudit matériau semi-conducteur fondu, ledit ruban se formant à partir d'un ménisque situé entre lesdits filaments et sensiblement au niveau de ladite surface. Selon l'invention, une bande support est interposée entre les filaments et contenue dans le plan défini par les filaments, la bande support traversant verticalement, de bas en haut et de façon continue, la surface du bain du matériau semi-conducteur fondu à la même vitesse de défilement que les filaments, le ruban de matériau semiconducteur se formant sur l'une des deux faces de la bande support et étant supporté par ladite face. De préférence, deux rubans de matériau semi-conducteur sont formés simultanément, l'un sur l'une des deux faces de la bande support et l'autre sur l'autre face.
De façon avantageuse, les filaments sont en carbone ou en silice et leur diamètre est compris entre 0,3 et 1 mm. Ils peuvent être recouverts d'une fine couche de graphite pyrolytique.
Selon une forme de réalisation préférée, la bande support est en carbone et son épaisseur est comprise entre 200 et 350 micromètres. Le matériau semi-conducteur fondu est contenu dans un creuset de tirage muni d'un fond sensible ment horizontal, ledit fond comprenant une fente par laquelle pénètrent la bande support et les filaments.
La fente a de préférence une section horizontale rectangulaire dont la largeur est légèrement supérieure à l'épaisseur de la bande support et, à chacune des deux extrémités de la section rectangulaire, une section horizontale circulaire par laquelle traversent les filaments.
Le matériau semi-conducteur peut être à base d'un élément semiconducteur tel que le silicium ou le germanium ou d'un composé semi- conducteur à fusion congruente ou quasi-congruente, tel que par exemple l'arséniure de gallium.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le procédé STR selon l'art antérieur;
- la figure 2 illustre le procédé selon la présente invention;
- les figures 3 et 4 montrent, en coupe horizontale selon des plans horizontaux à des hauteurs indiquées respectivement par III et IV sur la figure 2, les deux filaments et les deux rubans de semi-conducteur, silicium dans l'exemple décrit, entourant la bande support de carbone; et
- la figure 5 représente schématiquement en coupe horizontale la fente du creuset de tirage à travers laquelle passent la bande support et les filaments.
Selon l'invention, une bande support, de préférence en carbone, est utilisée dans le procédé STR tout en conservant les deux filaments de
carbone. La bande support a notamment pour effet de renforcer l'ancrage du ménisque de silicium liquide sur les bords de la bande par effet de mouillage.
Sur la figure 2, une bande support verticale 22 encadrée par deux filaments verticaux 24 et 26 pénètre de bas en haut dans un creuset de tirage (non représenté) par une fente 28 située au fond du creuset. Le creuset de tirage, réalisé par exemple en silice ou en carbone, est rempli de silicium rendu liquide par élévation de sa température. La bande support est contenue dans le plan vertical défini par les deux axes de symétrie longitudinaux des filaments 24 et 26 (qui ont une forme sensiblement cylindrique mais pas nécessairement de révolution, une section par exemple rectangulaire étant possible). Cette fente 28, également représentée en coupe horizontale sur la figure 5, a la forme d'un rectangle allongé 30 terminé à chacune de ses deux extrémités par une surface circulaire 32 ou 34. La largeur du rectangle 30 est légèrement supérieure à la largeur de la bande support 22 et le diamètre des surfaces circulaires 32 et 34 est légèrement supérieur au diamètre des filaments de sorte que la bande support 22 et les deux filaments 24 et 26 passent à travers la fente 28. La distance séparant les bords de la fente 28 de la bande support 22 et des filaments 24-26 est telle que le silicium fondu contenu dans le creuset ne s'écoule pas à travers la fente. A titre d'exemple, pour une épaisseur de bande support de 300 micromètres, pour un diamètre de filament de 0,6mm et pour une hauteur de 1 cm de silicium fondu contenu dans le creuset au droit de la fente, la largeur de la section rectangulaire 30 de la fente peut être de l'ordre de 600 micromètres et le diamètre des sections circulaires 32-34 de l'ordre de 1 mm.
La bande support 22 et les filaments 24-26 passent à travers la fente 28 et traversent verticalement, de bas en haut, le creuset de tirage rempli de silicium liquide. Des moyens non représentés tirent verticalement à vitesse constante l'ensemble formé par la bande 22 et les filaments 24-26, dans le sens de la flèche 36. La vitesse de tirage peut atteindre des valeurs proches de 5 cm/mn, sans apparition d'effet de gauchissement des surfaces du
composite, pour des rubans de silicium d'environ 200 micromètres d'épaisseur et de 10 cm/mn pour des rubans d'environ 80 micromètres d'épaisseur. Par comparaison, la vitesse de tirage maximale dans le procédé STR classique est d'environ 1 ,7 cm/mn, donc environ 3 à 6 fois inférieure. Un ménisque se forme à la jonction 38 de la surface du silicium liquide avec la bande support 22 et les filaments 24-26. Les deux cotés de la bande support 22 se recouvrent d'une mince couche de silicium qui cristallise en se refroidissant. On obtient ainsi simultanément deux rubans 40 et 42 de silicium polycristallin. Les figures 3 et 4 montrent en coupe, selon des plans horizontaux à des hauteurs indiquées respectivement par III et IV par rapport au bain de silicium, les formes des rubans 40 et 42 adhérant à la bande support 22 et aux filaments 24-26. A la hauteur du plan III, le silicium s'est refroidi et cristallisé pour former les rubans de silicium alors qu'à la hauteur du plan IV, à une hauteur de quelques millimètres (typiquement inférieure à 6 mm) par rapport à la surface du silicium fondu, le silicium 44 n'est pas encore solidifié et forme un ménisque.
Dans un mode de réalisation préféré, les filaments 24 et 26 sont identiques, réalisés en carbone ou en silice, éventuellement recouvert de graphite pyrolytique, et leur diamètre est compris entre 0,3 et 1 mm. Ils sont écartés des bords de la bande support 22 d'environ 100 micromètres de façon à prévenir tout contact susceptible de déformer la bande support.
L'épaisseur de la bande support 22 est comprise entre 200 et 350 micromètres, de préférence entre 200 et 300 micromètres. Cette bande support est de préférence réalisée en carbone , par exemple en graphite souple réalisé à partir de graphite naturel expansé puis laminé. La bande support 22 peut être livrée en rouleaux d'un mètre de largeur et de plusieurs centaines de mètres de longueur. Cependant, pour le mode de réalisation décrit ici, on utilise de préférence une largeur par exemple comprise entre cinq et vingt centimètres.
Après tirage, on obtient une bande composite constituée de la bande support 22, des deux filaments 24-26 et des deux rubans de silicium 40-42 supportés par la bande support et les filaments. L'étape suivante consiste tout d'abord, au moyen d'un laser par exemple, à couper en plaques composites, généralement rectangulaires, la bande composite et à découper les bords de la bande composite ou des plaques composites de façon à mettre à nu le chant des rubans de carbone. Les filaments 24-26 sont donc ainsi éliminés. Puis la bande support 22 est détruite par brûlage, par exemple sous air, à haute température (environ 1000 °C) afin d'obtenir deux plaques de silicium polycristallin. Les faces des plaques, précédemment libres ou situées en regard de la bande support 22, subissent ensuite un léger décapage pour éliminer la couche oxydée, de la silice, qui s'est formée en surface. Cette couche oxydée est de très faible épaisseur, de l'ordre de quelques dixièmes de micromètres. Le décapage peut se faire par différentes voies classiques.
Les modifications du procédé STR qui viennent d'être décrites permettent d'améliorer la productivité du procédé classique par une vitesse de tirage plus élevée et par l'obtention simultanée de deux rubans de silicium, de diminuer la consommation de silicium en diminuant l'épaisseur des rubans jusqu'à des valeurs inférieures à 100 micromètres et d'améliorer la planéité des rubans. Ce dernier avantage est dû à plusieurs effets. Tout d'abord, la bande support, grâce à ses caractéristiques thermophysiques, apporte des atouts supplémentaires au procédé STR classique à deux filaments, qui évitent ou minimisent la formation d'une bande composite avec des surfaces gauches. En effet, d'une part, la participation de la bande support à l'extraction de la chaleur latente de cristallisation diminue relativement le gradient de température dans la bande de silicium au niveau du front de cristallisation, ce qui retarde l'apparition du phénomène de flambage due aux contraintes thermomécaniques et permet des vitesses de tirage très élevées et, d'autre part, son inertie thermique stabilise le champ thermique au voisinage du ménisque réduisant ainsi le déplacement de
l'isotherme de cristallisation. De plus, la présence de la bande support dans le creuset de tirage divise par deux la largeur du bain de silicium fondu, ce qui atténue les courants de convection thermique qui tendent à se développer dans le bain et en corollaire le déplacement de l'isotherme de cristallisation qu'ils peuvent induire. Egalement, la présence de la bande support diminue considérablement la possibilité de déplacement du ménisque de cristallisation due aux perturbations qu'il subit par les variations d'angle de raccordement de la surface liquide avec les parois du creuset de tirage et/ou par la présence d'un ménisque voisin lorsque plusieurs rubans sont tirés simultanément d'un même bain de silicium fondu. En effet, la présence de la bande support maintient physiquement le point d'attachement du ménisque liquide dans un plan vertical quasiment fixe, avec une possibilité de déplacement dans une direction perpendiculaire à la bande support typiquement inférieure à ± 100 micromètres. La présente invention permet donc, par rapport au procédé STR classique, d'obtenir des rubans de silicium d'épaisseur plus faible, par exemple inférieure à 150 micromètres, avec une meilleure planéité et à des vitesses de tirage plus élevées (et donc avec une productivité plus grande). L'invention est donc tout particulièrement bien adaptée à la réalisation de cellules photovoltaïques par utilisation des rubans de silicium ainsi produits.
Des modifications ou variations évidentes pour l'homme du métier pourront être apportées à la mise en œuvre du procédé qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, un seul ruban peut être produit, au lieu de deux simultanément, en empêchant le dépôt de silicium sur l'une des deux faces de la bande support. De plus, on pourrait aisément imaginer que la bande support et les deux filaments ne pénètrent pas dans le bain de silicium par le fond du bâti mais par les parois latérales ou plongent directement dans le bain par le dessus et, par un mécanisme de renvoi, en ressortent également par le dessus du bain.
Claims
1. Procédé de tirage d'au moins un ruban de matériau semi-conducteur (40-42) selon lequel deux filaments (24-26) parallèles et espacés l'un de l'autre traversent verticalement, de bas en haut et à vitesse continue, la surface d'un bain dudit matériau semi-conducteur fondu, ledit ruban
(40-42) se formant à partir d'un ménisque situé entre lesdits filaments et sensiblement au niveau de ladite surface, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'une bande support (22) est interposée entre lesdits filaments (24-26) et contenue dans le plan défini par lesdits filaments, ladite bande support (22) traversant verticalement, de bas en haut et à vitesse continue, ladite surface dudit bain de matériau semi-conducteur fondu à la même vitesse de défilement que lesdits filaments, ledit ruban de matériau semi-conducteur (40-42) étant alors formé sur l'une des deux faces de ladite bande support et étant supporté par ladite face.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux rubans de matériau semi-conducteur (40-42) sont formés simultanément, l'un sur l'une des deux faces de ladite bande support et l'autre sur l'autre face.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits filaments (24-26) sont en carbone ou en silice.
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le diamètre desdits filaments (24-26) est compris entre 0,3 et 1 mm.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que lesdits filaments (24-26) sont recouverts d'une fine couche de graphite pyrolytique.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite bande support (22) est en carbone.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite bande support (22) est comprise entre 200 et 300 micromètres.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur du ruban de matériau semi-conducteur (40-42) est inférieure à 250 micromètres.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit matériau semi-conducteur fondu est contenu dans un creuset de tirage muni d'un fond sensiblement horizontal, ledit fond comprenant une fente (28) par laquelle pénètrent ladite bande support (22) et lesdits filaments (24-26).
10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite fente (28) a une section horizontale rectangulaire (30) dont la largeur est légèrement supérieure à l'épaisseur de ladite bande support (22) et, à chacune des deux extrémités de la section rectangulaire, une section horizontale circulaire (32-34) par laquelle traversent lesdits filaments.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit matériau semi-conducteur est à base d'un élément semiconducteur ou d'un composé semi -conducteur à fusion congruente ou quasi-congruente.
12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit matériau semi-conducteur est du silicium.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les bords de la bande support sont distants des filaments d'au moins 100 micromètres de façon à prévenir tout contact susceptible de déformer ladite bande support.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0551032A FR2884834B1 (fr) | 2005-04-22 | 2005-04-22 | Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur |
| PCT/FR2006/050185 WO2006111668A1 (fr) | 2005-04-22 | 2006-03-01 | Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1871926A1 true EP1871926A1 (fr) | 2008-01-02 |
Family
ID=34955334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP06726209A Withdrawn EP1871926A1 (fr) | 2005-04-22 | 2006-03-01 | Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20090050051A1 (fr) |
| EP (1) | EP1871926A1 (fr) |
| JP (1) | JP2008536793A (fr) |
| CN (1) | CN101128625A (fr) |
| AU (1) | AU2006238527A1 (fr) |
| FR (1) | FR2884834B1 (fr) |
| WO (1) | WO2006111668A1 (fr) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009003350C5 (de) * | 2009-01-14 | 2017-02-09 | Reicat Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Argon aus einem Gasgemisch |
| DE102009044249B3 (de) * | 2009-10-14 | 2011-06-30 | ReiCat GmbH, 63571 | Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Argon aus einem Gasgemisch |
| US9464364B2 (en) * | 2011-11-09 | 2016-10-11 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Thermal load leveling during silicon crystal growth from a melt using anisotropic materials |
| CN106521622A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-03-22 | 常州大学 | 用于硅片水平提拉的加热装置 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US104388A (en) * | 1870-06-14 | Improvement in icast-iron turn-table for railways | ||
| FR2386359A1 (fr) * | 1977-04-07 | 1978-11-03 | Labo Electronique Physique | Procede de depot par immersion en continu, dispositif et produits obtenus |
| US4394229A (en) * | 1980-06-02 | 1983-07-19 | Ppg Industries, Inc. | Cathode element for solid polymer electrolyte |
| US4299648A (en) * | 1980-08-20 | 1981-11-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method and apparatus for drawing monocrystalline ribbon from a melt |
| US4594229A (en) * | 1981-02-25 | 1986-06-10 | Emanuel M. Sachs | Apparatus for melt growth of crystalline semiconductor sheets |
| FR2550965B1 (fr) * | 1983-08-30 | 1985-10-11 | Comp Generale Electricite | Dispositif pour deposer une couche de silicium polycristallin sur un ruban de carbone |
| FR2561139B1 (fr) * | 1984-03-16 | 1986-09-12 | Comp Generale Electricite | Dispositif pour deposer une couche de silicium sur un ruban de carbone |
| EP1198626A2 (fr) * | 1999-07-02 | 2002-04-24 | Evergreen Solar Inc. | Commande des bords du menisque de formation d'un ruban cristallin |
| AU2003284253A1 (en) * | 2002-10-18 | 2004-05-04 | Evergreen Solar, Inc. | Method and apparatus for crystal growth |
| US6814802B2 (en) * | 2002-10-30 | 2004-11-09 | Evergreen Solar, Inc. | Method and apparatus for growing multiple crystalline ribbons from a single crucible |
-
2005
- 2005-04-22 FR FR0551032A patent/FR2884834B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-03-01 US US11/884,242 patent/US20090050051A1/en not_active Abandoned
- 2006-03-01 WO PCT/FR2006/050185 patent/WO2006111668A1/fr active Application Filing
- 2006-03-01 JP JP2008507134A patent/JP2008536793A/ja active Pending
- 2006-03-01 CN CNA2006800059155A patent/CN101128625A/zh active Pending
- 2006-03-01 EP EP06726209A patent/EP1871926A1/fr not_active Withdrawn
- 2006-03-01 AU AU2006238527A patent/AU2006238527A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See references of WO2006111668A1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101128625A (zh) | 2008-02-20 |
| JP2008536793A (ja) | 2008-09-11 |
| US20090050051A1 (en) | 2009-02-26 |
| FR2884834B1 (fr) | 2007-06-08 |
| FR2884834A1 (fr) | 2006-10-27 |
| WO2006111668A1 (fr) | 2006-10-26 |
| AU2006238527A1 (en) | 2006-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0070760B1 (fr) | Procédé de traitement d'une masse liquide sans contact avec les parois d'un dispositif et application de ce procédé à la mise en forme de matériaux en microgravite | |
| EP1268884B1 (fr) | Procede et dispositif de fabrication de substrats | |
| CA2547858C (fr) | Procede de fabrication d'un insert bobine de fils enduits | |
| EP1871926A1 (fr) | Procede de tirage de rubans de semi-conducteur de faible epaisseur | |
| FR2473072A1 (fr) | Procede et appareil de formation de rubans par cristallisation et de reduction de la quantite d'impuretes de tels rubans, et rubans cristallins a bords contenant des fils | |
| FR2546188A1 (fr) | Dispositif et procede de realisation de corps cristallins par croissance | |
| FR2918080A1 (fr) | Dispositif et procede d'elaboration de plaquettes en materiau semi-conducteur par moulage et cristallisation dirigee | |
| US8480803B2 (en) | Method of making an article of semiconducting material | |
| FR2892426A1 (fr) | Dispositif de fabrication d'un ruban de silicium ou autres materiaux cristallins et procede de fabrication | |
| FR2488916A1 (fr) | Procede et appareil de tirage d'un ruban monocristallin, en particulier semi-conducteur, d'un bain de matiere fondue | |
| EP2132366A2 (fr) | Dispositif et procédé de fabrication de plaques autosupportées de silicium ou autres matériaux cristallins | |
| FR2724487A1 (fr) | Structure composite avec une couche semi-conductrice disposee sur une couche de diamant et/ou une couche semblable a du diamant et procede pour sa fabrication | |
| EP1897149B1 (fr) | Ruban de carbone destine a etre recouvert d'une couche mince d'un materiau semi-conducteur et procede de depot d'une telle couche | |
| WO2010026343A1 (fr) | Procede de preparation d'une couche mince auto-supportee de silicium cristallise | |
| EP0170252B1 (fr) | Procédé et dispositif pour déposer une couche d'un matériau semi-conducteur sur un ruban | |
| FR2864554A1 (fr) | Dispositif pour deposer une couche de silicium polycristallin sur un support | |
| FR2466856A1 (fr) | Procede de formation d'une couche de silicium polycristallin sur son substrat | |
| FR2651249A1 (fr) | Configuration amelioree pour croissance de films pour une meilleurs productivite et une fiabilite de debit de delivrance de 100 % avec des largeurs importantes. | |
| EP3926078A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un cristal semi-conducteur | |
| EP2566996B1 (fr) | Ruban de carbone destiné à recevoir une couche d'un matériau semi-conducteur | |
| WO2015004355A1 (fr) | Dispositif pour la formation d'une couche de silicium sur un ruban de carbone | |
| CA2319617A1 (fr) | Procede et dispositif de fabrication d'un fil de verre | |
| FR2926669A1 (fr) | Procede de realisation de nanoelements a des emplacements predetermines de la surface d'un substrat | |
| WO2006077298A1 (fr) | Support pour la fabrication de bande a base de silicium polycristallin | |
| WO2013178764A1 (fr) | Procede et systeme d'obtention d'une tranche semi-conductrice |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20070906 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20110729 |