EP2935662A1 - Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline - Google Patents

Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline

Info

Publication number
EP2935662A1
EP2935662A1 EP13820824.4A EP13820824A EP2935662A1 EP 2935662 A1 EP2935662 A1 EP 2935662A1 EP 13820824 A EP13820824 A EP 13820824A EP 2935662 A1 EP2935662 A1 EP 2935662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
amorphous
gei
film
seed film
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Withdrawn
Application number
EP13820824.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hubert Moriceau
Christophe Morales
Frank Fournel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2935662A1 publication Critical patent/EP2935662A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
    • H10F71/1215—The active layers comprising only Group IV materials comprising at least two Group IV elements, e.g. SiGe
    • 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
    • C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • C30B1/023—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing from solids with amorphous structure
    • 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
    • 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
    • C30B29/52—Alloys
    • 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
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/20—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation
    • C30B31/22—Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation by ion-implantation
    • 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
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/06—Joining of crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/128—Annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/131—Recrystallisation; Crystallization of amorphous or microcrystalline semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P90/00—Preparation of wafers not covered by a single main group of this subclass, e.g. wafer reinforcement
    • H10P90/19—Preparing inhomogeneous wafers
    • H10P90/1904—Preparing vertically inhomogeneous wafers
    • H10P90/1906—Preparing SOI wafers
    • H10P90/1914—Preparing SOI wafers using bonding
    • H10P90/1916—Preparing SOI wafers using bonding with separation or delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W10/00—Isolation regions in semiconductor bodies between components of integrated devices
    • H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/181—Semiconductor-on-insulator [SOI] isolation regions, e.g. buried oxide regions of SOI wafers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a crystalline thick layer such as a layer of Si, Ge or a SiGe alloy, especially dedicated to photovoltaic applications.
  • the present invention relates to an initial structure that can come from an intermediate stage of the process according to the invention and according to yet another aspect, the present invention relates to a detached structure that may come from another intermediate stage of the process according to the invention. the invention.
  • Photovoltaic applications require the use of crystalline substrates of silicon, germanium or SiGe alloy sufficiently thick so that the photon efficiency is optimal but otherwise fine enough that the cost of the material is not too high.
  • a substrate thickness of about a few tens of micrometers, such as a thickness of between 20 and 50 microns is suitable.
  • the manufacture of this type of substrates can be obtained from ingots of silicon or germanium or thick layers epitaxially grown on host substrates, but the cutting of the ingot to form each of the substrates assumes a loss of material from the cut (thickness sawdust) and preparation of the surface of the substrates (lapping, etching, polishing).
  • the manufacture of a silicon substrate having a thickness of the order of 20 to 50 ⁇ leads to the loss of about one hundred microns of crystalline silicon ingot. This loss of material represents a significant part of the cost of each substrate.
  • the present invention proposes a method for manufacturing a crystalline thick film, in particular intended for photovoltaic applications, comprising the steps of
  • thick layer is meant in this document a layer having a thickness of at least ten micrometers, for example a thickness between 10 and 50 microns.
  • amorphous layer is meant in this document a layer of a material whose crystalline structure is predominantly without long-range order.
  • weakening plan we mean in this document, the area affected by ion implantation and in which the fracture occurs.
  • x is equal to y so as to maintain the same mesh parameter and to avoid the generation of crystallographic defects during the crystallization of the amorphous layer.
  • the present invention enables the manufacture of a crystalline thick layer by using steps which do not result in a large loss of used crystalline material, easily reproducible and adapted to high volume production.
  • the implantation step is performed with a relatively low depth, so it can be performed with a low implantation energy equipment (about 250keV), commercially available, so that the costs of this step are reasonable.
  • the deposition of amorphous Si layer is Gei -y can be accomplished at low cost and at a speed compatible with a production volume.
  • the heat treatment can be operated using conventional heating equipment at temperatures below 1250 ° C, preferably in the range of 300 to 1200 ° C, suitable for high volume production at low cost.
  • the negative of the implanted substrate remaining after the separation of the detached structure can be recycled to become a new substrate from which the method of the present invention can be reproduced. This contributes to a low production cost.
  • SiyGei -y amorphous is performed until a thickness of between 10 micrometers and 50 micrometers.
  • the ionic species implantation step is carried out with ions based on hydrogen and / or helium with an energy of between a few keV and 250 keV and a dose of between 10 16 and a few. 10 17 at / cm 2 .
  • the depth of implantation is low and the costs of this step are reasonable.
  • the method comprises a step i) of balancing the internal stresses generated in the composite weakened structure during step c) of application of a fracture treatment, so as to avoid deformations of the weakened structure that can reduce the quality of the fracture and crystallization.
  • the risks of damage to the layers are then reduced and the appearance of macroscopic defects is limited.
  • the fracture can take place without the risk of a sudden change in mechanical energy that can cause the breakage of the negative or the weakened composite structure.
  • the amorphous SiyGe1-y layer is deposited so as to be little or not constrained.
  • the constraint is taken into account in step i) for the balancing of the constraints.
  • step i) of balancing the internal stresses comprises the application of a pressure in two opposite directions on either side and perpendicular to the composite weakened structure during the application of a treatment fracture according to step c).
  • the application of the pressure is carried out by two pistons with a pressure greater than 1000 daN / m 2 .
  • the applied pressure is homogeneous over the entire structure and the deformation of the structure is limited. This particularly limits the risk of damage due to a sudden change in mechanical energy during the fracture.
  • step i) of balancing the internal stresses comprises an implantation of ionic species in the amorphous SiyGe1-y layer, in particular an implantation of silicon or germanium or other ionic species, so as to create a constraint region.
  • the introduction of ionic species in the amorphous layer creates a layer in compression reducing the risk of deformation during the fracture.
  • the prior implantation of the ionic species in step a) generates a constraint in the crystalline SixGe1 -x which would lead to the deformation during the fracture if this constraint was not compensated by an implantation in the SiyGe1 layer. -y amorphous.
  • the use of ions of the same nature as the substrate is particularly suitable because it does not disturb the nature of the layer obtained.
  • the ions can be implanted with a shallow depth in the SiyGe1-y layer so that the implantation requires only low energy so that it remains relatively inexpensive.
  • it is not necessary to implement a large dose because the goal is not to create a weakening plan.
  • step i) involves implantation of ionic species based on boron or phosphorus. These ions can advantageously serve as a dopant to the detached structure, for example a P type doping with boron (B) and an N type doping with phosphorus.
  • the step of implantation of ionic species in the amorphous SiyGe1-y layer is carried out with an energy of between 80 keV and 120 keV and a dose of between 4.10 14 and 6.10 15 Si / cm 2 .
  • step i) of balancing the internal stresses comprises depositing a compressive-stressed layer on the amorphous SiyGe1-y layer, in particular an amorphous SiyGe1-y layer or an oxide layer. of silicon.
  • This type of deposition is obtained by increasing the deposition rate of this amorphous SiyGe1-y or silicon oxide, for example by an increase in the deposition power, which incorporates into the film a part of the carrier gas with especially hydrogen and argon.
  • the fact of depositing a stress-strained layer makes it possible to balance, during the fracture step c), the compressive stresses related to the presence of the ionic species implanted beforehand in the substrate and to minimize or even cancel the deformation. overall weakened composite structure.
  • the strained layer is compatible with the amorphous SiyGe1-y layer because it is made of the same material or a material comprising silicon.
  • the strained layer is amorphous SiyGe1-y, it can thus be part of the amorphous SiyGel-y layer previously deposited.
  • the deposition of the compression-stressed layer according to step i) is preferably carried out before the fracture treatment of step c).
  • step c) of application of a fracture treatment comprises the application of a fracture heat treatment, especially at at least a temperature between room temperature and 600 ° C, and / or application of a mechanical fracture treatment according to the weakening plane, such as the application of bending, pulling, lateral insertion of a blade, shear stress, jet of water or air under pressure.
  • the heat treatment can be completed by a mechanical treatment which reduces the thermal budget to be applied to obtain the fracture. So, the deformations in the structure fragilized composite, exacerbated by the rise in temperature, are reduced at the time of fracture. Indeed, the strained layers have different expansion coefficients than the amorphous SiyGe1-y, a high temperature then induces significant constraints.
  • the heat treatment applied in step c) is carried out in a range between 200 and 500 ° C and preferably a range between 250 and 360 ° C.
  • the fracture temperature remains low, which is favorable for limiting the deformations of the structure.
  • step c) of applying the fracture heat treatment is performed by applying temperature steps. It is thus possible to avoid abrupt changes in internal stresses.
  • the process comprises, before carrying out all or part of step b) of depositing the amorphous SiyGe1-y layer, the application of a thermal pretreatment.
  • This thermal pretreatment allows the partial maturation of the cavities formed by the implantation of step a). It is then possible to reduce the intensity of the fracture treatment, for example to reduce the thermal budget (torque time, temperature) used to obtain the fracture in step c). This reduces the deformation of the composite weakened structure during the fracture.
  • step d) crystallization heat treatment comprises the application of a temperature in a range of 400 ° C to 1200 ° C for a period of between a few hours and a few days.
  • crystallization of the Si layer is amorphous Gei -y starts from the crystalline mark film SixGe1 -x crystalline germ and propagates in the amorphous layer to obtain in purpose a thick layer of good crystalline quality.
  • the step c) of applying a fracture treatment and the step d) of applying a crystallization heat treatment are carried out by a single heat treatment ranging from room temperature to 1200.degree. ° C by applying temperature steps. This reduces the cycle times of the process and avoids the manipulation of the structure between the two steps c) and d) which can be performed in the same equipment.
  • the process comprises, before step d) of applying the crystallization heat treatment, a step ii) comprising depositing at least one film of amorphous material on the exposed surface of the amorphous SiyGe1-y layer.
  • a step ii) comprising depositing at least one film of amorphous material on the exposed surface of the amorphous SiyGe1-y layer.
  • the film of amorphous material is deposited before the fracture treatment.
  • step ii) comprising a deposition of at least one film of an amorphous material on the surface of the amorphous SiyGe1-y layer also comprises a step of depositing at least one film of the same amorphous material on the free surface of the film germs.
  • the presence of a film of amorphous material on the side of the seed film of the detached structure makes it possible to balance the stresses generated by the presence of the film on the amorphous SiyGe1-y layer appearing during the heat treatment of crystallization.
  • the films of amorphous material are made of silicon oxide, of general formula SiO x with 0 ⁇ x ⁇ 2.
  • the deposited material has a material different from that of the amorphous SiyGe1-y layer while remaining compatible with the subsequent treatments of the amorphous layer, for example during step d).
  • the step comprising depositing at least one film of amorphous material comprises depositing at least one other film of a different nature so as to create a stack of several films.
  • the process comprises, prior to step d) of applying the crystallization heat treatment, a step iii) of additional heat treatment of degassing of the amorphous SiyGe1-y layer.
  • a step iii) of additional heat treatment of degassing of the amorphous SiyGe1-y layer is possible to remove all or part of the gaseous elements, for example hydrogen, incorporated in the amorphous SiyGe1-y layer at the time of its deposition.
  • the additional heat treatment iii) is carried out in a temperature range between 350 ° C and 500 ° C.
  • the method comprises, before the implantation step a), a step of depositing a lower portion of the amorphous SiyGe1-y layer and comprises, after step a), a cleaning step of the implanted surface of said lower portion, step b) of depositing an upper portion of the amorphous SiyGe1-y layer.
  • the accumulated lower and upper portions form the entire amorphous layer of SiyGe1-y.
  • the cleaning of the surface, carried out after the implantation step a), advantageously makes it possible to remove any contamination or any oxide on the surface in order to optimize the subsequent deposits, for example that of the upper portion of said amorphous layer, where appropriate, and improve the crystallization according to step d).
  • Cleaning can be carried out in particular for the removal of organic contaminants (for example, by a solution based on sulfuric acid, ozone, etc.), for the removal of particles (for example, by a solution based on ammonia), for the removal of metal contaminants (eg by a hydrochloric acid solution) for oxide removal (eg, by etching into a hydrofluoric acid solution), leaving a surface of the lower portion of the amorphous SiyGe1-y layer capable of depositing the upper portion of the amorphous SiyGe1-y layer and the generation of a crystallization during step d).
  • organic contaminants for example, by a solution based on sulfuric acid, ozone, etc.
  • particles for example, by a solution based on ammonia
  • metal contaminants eg by a hydrochloric acid solution
  • oxide removal eg, by etching into a hydrofluoric acid solution
  • x is equal to 1 and y is equal to 1 so that the substrate comprises at least a crystalline layer of silicon at the surface and that step b) comprises the deposition of an amorphous silicon layer on the germ movie.
  • the SixGe1-x layer is monocrystalline so that the seed film is formed of a monocrystalline material. This allows the crystallization of the amorphous layer of a monocrystalline material at the end of step d).
  • the crystallization according to the invention makes it possible to obtain a monocrystalline material and not a polycrystalline material comprising, for example, large grains of crystals.
  • the invention proposes a composite weakened structure comprising from its base towards its surface, a substrate comprising at least on its surface a layer of crystalline SixGe1 -x having a weakening plane delimiting a seed film having a thickness of between about 10 nanometers and 2 micrometers, an amorphous SiyGe1-y layer having a thickness greater than 10 microns on the seed film, the amorphous SiyGe1-y layer having a region constraint comprising implanted ionic species.
  • This weakened structure is thus adapted to the application of the fracture treatment according to step c) and to the crystallization heat treatment according to step d).
  • the presence of these ionic species in the superficial SiyGe1-y amorphous layer makes it possible to partially or completely balance the stresses generated by the ionic species implanted in the substrate, during step a), and contributes to maintaining an structure without much deformation.
  • the SixGe1-x layer is monocrystalline and the film germs so as eventually to obtain a monocrystalline thick layer.
  • the invention proposes a detached structure comprising from its base towards its surface, a film of amorphous silicon oxide material having a thickness of a few tens of nanometers, a seed film of crystalline SixGe1-x having a thickness of between about 10 nanometers and 2 micrometers on the film of amorphous material, an amorphous SiyGe1-y layer having a thickness greater than 10 microns on the seed film and a film of amorphous silicon oxide material having a thickness of a few tens of nanometers on the amorphous SiyGe1-y layer.
  • the presence of the two films of amorphous silicon oxide material advantageously makes it possible to balance the stresses on either side of the seed film and of the amorphous SiyGe1-y layer so as to avoid a large deformation, for example during the application of crystallization heat treatment.
  • the film deposited on the amorphous SiyGe1-y layer also contributes to avoiding an initiation of crystallization from the upper surface of the amorphous SiyGe1-y layer.
  • the seed film of SixGe1-x is monocrystalline.
  • FIGS 1 to 6 show an embodiment of the method according to the invention.
  • FIGS 7 to 12 show an alternative embodiment of the method according to the invention.
  • Figures 13 to 18 show a further embodiment of the method according to the invention.
  • the ionic species used are, for example, hydrogen-based ions and are implanted with an energy of between a few keV and 250 keV with a dose of between 10 16 and some 17 at / cm 2 .
  • the implantation step a) is carried out with helium ions and according to another possibility, step a) consists of co-implantation of hydrogen ions and helium.
  • This step a) of implantation leads to the formation of an embrittlement plane 2 comprising microcavities and delimiting on both sides a seed film 3 of monocrystalline silicon and a negative 4 of the substrate 1.
  • a protective layer prior to the implantation step a) amorphous silicon for example, on the surface of the silicon monocrystalline layer 10 on the surface of the substrate 1 to protect the contaminations surface that may occur during implantation or in prevention of damage to the monocrystalline structure.
  • This amorphous protective layer may have a thickness of a few tenths of a micrometer. It is understood that the implantation energy of the ionic species is determined taking into account this thickness to reach the desired depth of the weakening plane 2 in the monocrystalline silicon layer 10.
  • a desired thickness of the seed film 3 is at least 10 nanometers.
  • this thickness is at least 100 nanometers so as to slightly shift the implantation peak in the silicon layer on the surface of the substrate 1 and thus keep the quality monocrystal!
  • this protective layer being of amorphous material, it is not or only slightly damaged by the implantation. This protective layer can therefore be preserved in order to carry out step b) of depositing an amorphous silicon layer 5 on the seed film 3.
  • the surface of the substrate 1 or of the amorphous silicon protective layer is prepared in such a way as to remove in particular any contamination or oxide on the surface before proceeding.
  • a cleaning is carried out for the removal of organic contaminants (for example by a solution based on sulfuric acid, ozone, etc.) for the removal of particles (for example by an ammonia-based solution) for the removal of metal contaminants (for example by a solution based on hydrochloric acid) for the removal of oxide (for example by etching into a solution of hydrofluoric acid), leaving a silicon surface capable of deposition of the layer of amorphous silicon 5 and the generation of a crystallization in step d).
  • It is possible to use other cleaning techniques for example by ion etching or by introducing a step of silanization of the surface.
  • an amorphous silicon layer 5 is then deposited on the seed film 3 according to step b) to a thickness between about 15 and 30 microns depending on the desired applications.
  • the deposition can be carried out by various techniques, such as by PECVD (acronym for Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) or by PVD (Physical Vapor Deposition Acronym) and leads to the formation of a weakened composite structure 6.
  • a fracture treatment is carried out by heat treatment applied for example at 400 ° C. for 1 hour according to step c) of the process.
  • a step i) adapted to balance the effects of these stresses is performed at the same time as the heat treatment.
  • This step of balancing the stresses is performed by exerting a mechanical pressure on each of the main surfaces of the weakened structure 6, in particular by pistons 7 exerting a pressure greater than about 1000 daN / m 2 .
  • the detached structure 8 is recovered in order to crystallize the amorphous silicon layer 5 made of monocrystalline silicon.
  • the dashes shown on the exposed face of the thin film 3 are intended only to illustrate the prior presence of the weakened plane. Furthermore, according to an arrangement not shown, the negative 4 of the substrate 1 can be recycled for reuse in the manufacture of a new thick single-crystal silicon layer 9.
  • a crystallization heat treatment according to step d) of the process is applied to the detached structure 8 at a temperature of about 470 ° C for several days.
  • the amorphous silicon layer 5 crystallizes little by little from the seed film 3 which transmits its crystalline imprint. For example, it will take about 12 days to crystallize the amorphous layer 5 of 15 ⁇ silicon at 500 ° C and 5 days for the same thickness at 520 ° C.
  • the crystallization heat treatment is terminated by applying a temperature of 1200 ° C. for a few hours (FIG. 6) allowing the formation of a thick layer 9 of monocrystalline silicon having the same symmetry as that of the seed film 3 and satisfying for example the needs of photovoltaic applications. This very high temperature also makes it possible to reduce the number of crystalline defects.
  • the crystallization heat treatments are carried out by applying a temperature gradient so that the advance of the crystallization front is preferably from the seed film 3 towards the surface of the amorphous layer 5.
  • FIG. 7 shows a substrate 1 consisting entirely of a crystalline layer of silicon and preferably of a monocrystalline silicon layer in which hydrogen ions are implanted with an energy of 100keV and a dose of 10 17 at / cm 2 of so as to form an embrittlement plane 2 delimiting a seed film 3 of monocrystalline silicon.
  • the surface of the silicon substrate 1 is first covered by an amorphous silicon oxide protection layer S1O2 having a thickness of 10 nm. This protective layer advantageously protects the monocrystalline silicon surface during the implantation of the ionic species.
  • this layer is cleaned by conventional chemical treatment, such as treatment in a solution containing sulfuric acid to remove the hydrocarbons.
  • An Ammonium Peroxide Mixture or APM solution treatment is then applied to generate a new clean chemical silicon oxide protecting the surface of the silicon monocrystalline layer and which is removed by HF hydrofluoric acid treatment. to expose the monocrystalline silicon seed film 3 just prior to performing step b) of depositing the amorphous silicon layer 5, as shown in FIG. 8, to a thickness of about 25 microns.
  • a step i) of balancing the stresses generated in the composite weakened structure 6 by the implantation of hydrogen followed by the application of the fracture heat treatment is carried out by silicon implantation under the surface of the amorphous silicon layer 5 with a dose of about 5.10 14 Si / cm 2 and an energy of about 100 keV.
  • These silicon ions in fact make it possible to generate a region of stress 1 1 located in the amorphous silicon layer 5 providing a stress of the same kind as that generated in the substrate 1 during the heat treatment.
  • the species implanted during step i) is made of silicon, it does not denature the amorphous silicon layer 5.
  • the fracture treatment is carried out by a heat treatment at about 320 ° C. for 20 hours without generating a very large deformation in the composite weakened structure 6 so that the abrupt changes of energy appearing in the structure 6 during the fracture are limited.
  • the fracture treatment is obtained by applying a heat treatment at a temperature below 320 ° C and is completed by an application of a mechanical stress, such as the application of a blade at the level of the embrittlement plane 2 in the substrate 1, a stream of air or water under pressure or shear stress.
  • a mechanical stress such as the application of a blade at the level of the embrittlement plane 2 in the substrate 1, a stream of air or water under pressure or shear stress.
  • the fracture heat treatment can be carried out at a temperature a little higher than 320 ° C. and for a reduced duration.
  • An application of a mechanical stress then completes this thermal budget (duration - temperature) in order to obtain the fracture.
  • the detached structure 8 comprising the seed film 3 and the amorphous silicon layer 5 is subjected to the crystallization heat treatment so that the amorphous silicon crystallizes from of the monocrystalline seed film 3 (FIG. 12).
  • a thick layer 9 of monocrystalline silicon is thus obtained.
  • FIGS 13 to 18 illustrate another alternative embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 13 illustrates the step a) of implantation in the substrate 1 consisting entirely of the crystalline layer of silicon and preferably of the monocrystalline layer 10 of silicon.
  • FIG. 14 illustrates the step b) of depositing the amorphous silicon layer 5 on the seed film 3.
  • FIG. 15 illustrates the step i) of balancing the stresses internal to the weakened structure 6 by applying a compressive stress layer 12 of amorphous silicon to the amorphous silicon layer 5 so as to compensate for the effects of the constraint generated. by the hydrogen ions implanted in the substrate 1 and thus limit the overall deformation of the structure 6.
  • a fracture treatment is applied to the weakened structure 6 by applying a thermal treatment carried out with several temperature stages.
  • the temperature is first applied at about 320 ° C for several hours, then it is raised to 340 ° C and finally to 360 ° C so as to limit the duration of application of the highest temperature, limit deformation and the risk of breakage of the structure 6 and / or the negative 4 during the fracture.
  • amorphous material 13 of a different nature of silicon such as amorphous silicon oxide is deposited on the surface of the amorphous silicon layer 5 according to step ii) of the method.
  • the film of amorphous material 13 is for example deposited at 350 ° C. by PECVD until a thickness of 100 nm is obtained. It can be deposited by other deposition techniques at other temperatures.
  • This film 13 has the effect of promoting crystallization of the amorphous silicon from the seed film 3 rather than from the exposed surface of amorphous silicon in the absence of this film of amorphous material 13. This method makes it possible in particular to avoid the presence two different sites of crystallization generating defects at the meeting point of the two crystallization fronts.
  • the film of amorphous material 13 can be deposited on the amorphous silicon layer 5 before applying the fracture treatment.
  • this amorphous film 13 may consist of a stack of films of different natures.
  • this film of amorphous material 13 can generate stresses in the detached structure 8 during the heat treatment of crystallization.
  • a second film of the same thickness and of the same nature 14 is then advantageously deposited on the exposed face of the seed film 3 after fracture.
  • the generated stresses are symmetrical, which limits the appearance of deformations in the detached structure 8 (FIG. 17) during the heat treatment of crystallization.
  • step d) allows the crystallization of the amorphous silicon layer 5 and the formation of a thick monocrystalline silicon layer 9 adapted to photovoltaic applications.
  • an additional heat treatment according to step iii) of the process is applied to the detached structure 8 before the application of the heat treatment of crystallization.
  • This additional treatment makes it possible to degas the amorphous silicon layer 5, for example hydrogen included in the layer during its deposition.
  • This heat treatment may be carried out at temperatures below 600 ° C. and preferably between about 350 ° C. and 500 ° C. so that the degassing does not cause exfoliations or bubbling of the silicon of the amorphous layer 5.
  • the exodiffusion of hydrogen effected by this additional heat treatment can modify the stresses in the seed film 3 of monocrystalline silicon of the detached structure 8.
  • Additional means mechanical means, modification of natures and thicknesses of the film deposits) amorphous material 13) to avoid deformation of the structure 8 can then be used according to the initial concentration of hydrogen present in the amorphous silicon layer 5.
  • the degassing may be obtained by a heat treatment at 470 ° for 20 days.
  • a heat pretreatment is applied before or during step b) of deposition of the amorphous silicon layer 5.
  • the thermal pretreatment is carried out at 320 ° C. for 1 h. This allows the crystalline defects formed by the ion implantation to be matured so that a low fracture thermal budget, such as than 12 hours at 320 ° C, is then necessary to obtain the fracture after the deposition of the amorphous silicon layer 5.
  • the examples provided above are described with reference to silicon, but these examples can be adapted to the type of materials Gei -x Si x with 0 ⁇ x ⁇ 1 including the seed film 3 and Si y Gei -y to the amorphous layer 5.
  • the amorphous layer 5 of germanium is advantageously deposited by PECVD from a germane phase, in a temperature range between about 100 ° C. and 300 ° C., and preferably at a temperature below 150 ° C to prevent crystallization starts during its deposition.
  • the crystallization of the germanium layer 5 is obtained by applying a heat treatment at about 600 ° C under nitrogen for a period of 10 hours for a thickness of 25 microns.
  • the present invention provides a method of manufacturing a crystalline thick layer and preferably a monocrystalline layer 9 simple to implement, inexpensive and reproducible.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Il comprend les étapes consistant à: a) Implanter des espèces ioniques à travers un substrat comportant au moins en surface une couche cristalline (10) de SixGei-x de sorte à former un plan de fragilisation dans ladite couche délimitant un film germe (3), b) Déposer une couche amorphe (5) de SiyGe1-y sur le film germe (3), c) Appliquer un traitement de fracture de sorte à obtenir une structure détachée (8) comportant le film germe (3) et la couche de SiyGe1-y amorphe (5) d'une part, et un négatif (4) du substrat d'autre part, et d) Appliquer à la structure détachée (8) un traitement thermique de sorte à obtenir une couche épaisse cristalline d'une épaisseur supérieure à 10 micromètres et désolidarisée du négatif (4). L'invention concerne également une structure comprenant un substrat de silicium cristallin présentant un film germe, une couche de silicium amorphe comportant une région de contrainte comprenant des ions implantés.

Description

Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline telle qu'une couche de Si, Ge ou d'un alliage de SiGe, notamment dédiée à des applications photovoltaïques. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une structure initiale pouvant provenir d'une étape intermédiaire du procédé selon l'invention et selon encore un autre aspect, la présente invention concerne une structure détachée pouvant provenir d'une autre étape intermédiaire du procédé selon l'invention.
Les applications photovoltaïques nécessitent l'utilisation de substrats cristallins de silicium, germanium ou d'alliage SiGe suffisamment épais pour que l'efficacité photonique soit optimale mais par ailleurs suffisamment fin pour que le coût du matériau ne soit pas trop élevé. Une épaisseur de substrat d'environ quelques dizaines de micromètres, telle qu'une épaisseur comprise entre 20 et 50 micromètres est adaptée.
La fabrication de ce type de substrats peut être obtenue à partir de lingots de silicium ou de germanium ou encore de couches épaisses épitaxiées sur des substrats hôtes mais la découpe du lingot pour former chacun des substrats suppose une perte de matériau provenant de la découpe (épaisseur du trait de scie) et de la préparation de la surface des substrats (amincissement par rodage, attaque chimique, polissage). Au total, la fabrication d'un substrat de silicium présentant une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 μιτι, conduit à la perte d'environ une centaine de micromètres de silicium cristallin du lingot. Cette perte de matériau représente une part non négligeable du coût de chaque substrat.
Actuellement, d'autres techniques de fabrication de tels substrats font appel à des implantations profondes (à plusieurs dizaines de micromètres de profondeur) de ions gazeux (hydrogène, hélium,...) seuls ou en combinaison et à des traitements thermiques permettant une fracture au niveau de la zone implantée de sorte à former des substrats de quelques dizaines de micromètres. L'inconvénient de cette approche est qu'elle repose sur l'usage d'équipements d'implantation pouvant fournir des énergies de l'ordre de quelques MeV. Ces équipements sont coûteux, peu disponibles dans le commerce de sorte qu'une approche avec de tels équipements reste difficile pour une production de volume en vue d'applications dans le domaine photovoltaïque. D'autres techniques basées sur la métallurgie du silicium (coulée, mise en forme directe...) ont été développées pour réaliser des substrats de silicium de quelques dizaines (voire centaines) de micromètres d'épaisseur. Cependant, ces techniques de mise en forme sont également délicates à mettre en action pour des productions de fort volume, comme ce qui est attendu dans le cas des applications photovoltaïques.
Un des buts de l'invention est de pallier un ou plusieurs de ces inconvénients. A cet effet, et selon un premier aspect, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline, notamment destinée à des applications photovoltaïques, comprenant les étapes consistant à
a) Implanter des espèces ioniques à travers une surface d'un substrat comportant au moins en surface une couche cristalline de SixGei-x avec 0<x<1 de sorte à former un plan de fragilisation dans ladite couche délimitant un film germe sous la surface du substrat,
b) Déposer une couche amorphe de SiyGei-y avec 0<y<1 et y égal ou différent de x sur le film germe conduisant à la formation d'une structure fragilisée composite,
c) Appliquer un traitement de fracture de sorte à provoquer une fracture du substrat selon le plan de fragilisation et obtenir une structure détachée comportant le film germe et la couche amorphe de SiyGei-y d'une part, et un négatif (4) du substrat (1 ) d'autre part, et
d) Appliquer à la structure détachée un traitement thermique pour entraîner la cristallisation de la couche amorphe de SiyGei-y à partir du film germe, de sorte à obtenir une couche épaisse cristalline (9) d'une épaisseur supérieure à 10 micromètres et désolidarisée du négatif (4).
Par l'expression 'couche épaisse' on entend dans le présent document une couche présentant une épaisseur d'au moins une dizaine de micromètres, par exemple une épaisseur comprise entre 10 et 50 micromètres. Par la terminologie "couche amorphe" on entend dans le présent document une couche d'un matériau dont la structure cristalline est majoritairement sans ordre à longue distance. Par le terme « plan de fragilisation » on entend dans le présent document, la zone impactée par l'implantation ionique et dans laquelle se produit la fracture.
Avantageusement x est égal à y de sorte à conserver le même paramètre de maille et éviter la génération de défauts cristallographiques lors de la cristallisation de la couche amorphe.
Lorsque x et y sont différents, il est à noter que plus x et y sont proches, moins de défauts cristallographiques sont générés lors de la cristallisation de la couche amorphe.
Ainsi, la présente invention permet la fabrication d'une couche épaisse cristalline en utilisant des étapes n'entraînant pas de grande perte de matériau cristallin utilisé, facilement reproductibles et adaptées à une production de grand volume. En effet, l'étape d'implantation est exécutée avec une profondeur relativement faible, elle peut donc être effectuée avec un équipement à énergie d'implantation faible (environ 250keV), disponible dans le commerce, de sorte que les coûts de cette étape sont raisonnables. Par ailleurs, le dépôt d'une couche amorphe de SiyGei-y peut être accompli à faible coût et à une vitesse compatible avec une production de volume. De plus, le traitement thermique peut être opéré en utilisant des équipements classiques de chauffage à des températures inférieures à 1250°C, préférentiellement dans la gamme de 300 à 1200°C, adaptées à une production de gros volumes à faible coût. Par ailleurs, après l'étape c), le négatif du substrat implanté restant après la séparation de la structure détachée peut être recyclé pour devenir un nouveau substrat à partir duquel le procédé de la présente invention peut être reproduit. Ceci participe à un faible coût de production.
Avantageusement, l'étape de dépôt de la couche de
SiyGei-y amorphe est réalisée jusqu'à l'obtention d'une épaisseur comprise entre 10 micromètres et 50 micromètres.
Selon une disposition, l'étape d'implantation d'espèces ioniques est réalisée avec des ions à base d'hydrogène et /ou de d'hélium avec une énergie comprise entre quelques keV et 250 keV et une dose comprise entre 1016 et quelques 1017 at/cm2. Ainsi, grâce à l'utilisation d'une couche germe peu épaisse, la profondeur de l'implantation est faible et les coûts de cette étape restent raisonnables.
De préférence, le procédé comprend une étape i) d'équilibrage des contraintes internes générées dans la structure fragilisée composite au cours de l'étape c) d'application d'un traitement de fracture, de sorte à éviter des déformations de la structure fragilisée pouvant diminuer la qualité de la fracture et de la cristallisation. Les risques d'endommagement des couches sont alors réduits et l'apparition de défauts macroscopiques est limitée. La fracture peut avoir lieu sans risque de changement brutal d'énergie mécanique pouvant entraîner la casse du négatif ou de la structure fragilisée composite.
De préférence, la couche de SiyGe1 -y amorphe est déposée de sorte à être peu ou pas contraint. Dans le cas contraire, la contrainte est prise en compte dans l'étape i) pour l'équilibrage des contraintes.
Selon une disposition, l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte l'application d'une pression selon deux directions opposées de part et d'autre et perpendiculairement à la structure fragilisée composite au cours de l'application d'un traitement de fracture selon l'étape c).
Avantageusement, l'application de la pression est réalisée par deux pistons avec une pression supérieure à 1000 daN/m2. Ainsi, la pression appliquée est homogène sur l'ensemble de la structure et la déformation de la structure est limitée. Ceci restreint notamment les risques d'endommagement lié à un changement brutal d'énergie mécanique au cours de la fracture.
Selon une autre possibilité, l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte une implantation d'espèces ioniques dans la couche de SiyGe1 -y amorphe, notamment une implantation de silicium ou de germanium ou d'autres espèces ioniques, de sorte à créer une région de contrainte.
En effet, l'introduction d'espèces ioniques dans la couche amorphe permet de créer une couche en compression réduisant les risques de déformation lors de la fracture. En effet, l'implantation préalable des espèces ioniques à l'étape a) génère une contrainte dans le SixGe1 -x cristallin qui conduirait à la déformation lors de la fracture si cette contrainte n'était pas compensée par une implantation dans la couche de SiyGe1 -y amorphe. Par ailleurs, l'utilisation d'ions de même nature que le substrat (du silicium pour un substrat de silicium par exemple) est particulièrement appropriée car elle ne perturbe pas la nature de la couche obtenue. Les ions peuvent être implantés avec une faible profondeur dans la couche de SiyGe1 -y de sorte que l'implantation ne nécessite qu'une faible énergie de sorte qu'elle reste relativement peu coûteuse. De plus, il n'est pas nécessaire d'implanter une dose importante car l'objectif n'est pas de créer un plan de fragilisation.
L'implantation d'espèces ioniques selon l'étape i) est de préférence réalisée avant le traitement de fracture de l'étape c). Selon une disposition, l'étape i) comporte une implantation d'espèces ioniques à base de bore ou de phosphore. Ces ions peuvent avantageusement servir de dopant à la structure détachée par exemple un dopage de type P avec le bore (B) et un dopage de type N avec le phosphore
(P)-
Selon une disposition, l'étape d'implantation d'espèces ioniques dans la couche de SiyGe1 -y amorphe est exécutée avec une énergie comprise entre 80 keV et 120 keV et une dose comprise entre 4.1014 et 6.1015 Si/cm2.
Selon encore une autre possibilité, l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte un dépôt d'une couche contrainte en compression sur la couche de SiyGe1 -y amorphe, notamment une couche de SiyGe1 -y amorphe ou une couche d'oxyde de silicium. Ce type de dépôt s'obtient en augmentant la vitesse de dépôt de ce SiyGe1 -y amorphe ou de l'oxyde de silicium, par exemple par une augmentation de la puissance de dépôt, ce qui incorpore dans le film une partie du gaz porteur avec notamment de l'hydrogène et de l'argon. Le fait de déposer une couche contrainte en compression permet d'équilibrer, lors de l'étape de fracture c), les contraintes en compression liées à la présence des espèces ioniques implantées au préalable dans le substrat et de minimiser voire d'annuler la déformation globale de la structure fragilisée composite. De plus, la couche contrainte est compatible avec la couche de SiyGe1 -y amorphe car elle est constituée du même matériau ou d'un matériau comprenant du silicium. Lorsque que la couche contrainte est en SiyGe1 -y amorphe, elle peut ainsi faire partie de la couche de SiyGel -y amorphe préalablement déposée.
Le dépôt de la couche contrainte en compression selon l'étape i) est de préférence réalisé avant le traitement de fracture de l'étape c).
De manière concrète, l'étape c) d'application d'un traitement de fracture comporte l'application d'un traitement thermique de fracture, notamment à au moins une température comprise entre la température ambiante et 600°C, et/ou l'application d'un traitement mécanique de fracture selon le plan de fragilisation, telle que l'application d'une flexion, d'une traction, d'une insertion latérale d'une lame, d'une contrainte de cisaillement, d'un jet d'eau ou d'air sous pression. Ainsi, le traitement thermique peut être complété par un traitement mécanique ce qui permet de diminuer le budget thermique à appliquer pour obtenir la fracture. Ainsi, les déformations dans la structure fragilisée composite, exacerbées par l'élévation de la température, sont réduites au moment de la fracture. En effet, les couches contraintes ont des coefficients de dilatation différents de celui du SiyGe1 -y amorphe, une température élevée induit alors des contraintes importantes.
Avantageusement, le traitement thermique appliqué à l'étape c) est effectué dans une gamme comprise entre 200 et 500°C et de préférence une gamme entre 250 et 360°C. Ainsi, la température de fracture reste basse, ce qui est favorable pour limiter les déformations de la structure.
De préférence, l'étape c) d'application du traitement thermique de fracture est réalisée en appliquant des paliers de température. Il est ainsi possible d'éviter les changements trop brusques des contraintes internes.
Avantageusement, le procédé comprend avant la réalisation de tout ou d'une partie de l'étape b) de dépôt de la couche de SiyGe1 -y amorphe, l'application d'un prétraitement thermique. Ce prétraitement thermique permet la maturation partielle des cavités formées par l'implantation de l'étape a). Il est alors possible de réduire l'intensité du traitement de fracture, par exemple de réduire le budget thermique (couple temps, température) utilisé pour obtenir la fracture à l'étape c). Ceci permet de réduire la déformation de la structure fragilisée composite lors de la fracture.
Selon une disposition, l'étape d) de traitement thermique de cristallisation comprend l'application d'une température dans une gamme de 400°C à 1200°C pendant une durée comprise entre quelques heures et quelques jours. Ainsi, la cristallisation de la couche de SiyGei-y amorphe débute à partir de l'empreinte cristalline du film germe de SixGe1 -x cristallin et se propage dans la couche amorphe pour obtenir en finalité une couche épaisse de bonne qualité cristalline.
Selon une variante de réalisation, l'étape c) d'application d'un traitement de fracture et l'étape d) d'application d'un traitement thermique de cristallisation sont réalisées par un unique traitement thermique allant de la température ambiante à 1200°C en appliquant des paliers de température. Ceci réduit les temps de cycle du procédé et évite la manipulation de la structure entre les deux étapes c) et d) qui peuvent être réalisées dans le même équipement.
De façon avantageuse, le procédé comprend avant l'étape d) d'application du traitement thermique de cristallisation, une étape ii) comportant un dépôt d'au moins un film d'un matériau amorphe sur la surface exposée de la couche de SiyGe1 -y amorphe. La présence de ce film de matériau amorphe, n'ayant pas de structure cristalline et étant d'un matériau différent du SiyGe1 -y, évite le démarrage de la cristallisation à partir de la face exposée de la couche de SiyGe1 -y amorphe et favorise un démarrage de cristallisation à partir du film germe de SixGe1 -x cristallin uniquement. Il est entendu que pour pouvoir assurer sa fonction, ce film de matériau amorphe est constitué d'un autre matériau que le SiyGe1 -y. Par l'expression 'face exposée de la couche de SiyGe1 -y amorphe' on entend dans le présent document la face de la couche de SiyGe1 -y amorphe qui est opposée à celle qui est en contact avec le film germe.
Selon une possibilité, le film de matériau amorphe est déposé avant le traitement de fracture.
De préférence, l'étape ii) comportant un dépôt d'au moins un film d'un matériau amorphe sur la surface de la couche de SiyGe1 -y amorphe comporte également une étape de dépôt d'au moins un film du même matériau amorphe sur la surface libre du film germe. La présence d'un film de matériau amorphe du côté du film germe de la structure détachée permet d'équilibrer les contraintes générées par la présence du film sur la couche de SiyGe1 -y amorphe apparaissant au cours du traitement thermique de cristallisation.
De façon avantageuse, les films de matériau amorphe sont réalisés en oxyde de silicium, de formule générale SiOx avec 0<x<2. Ainsi le matériau déposé présente un matériau différent de celui de la couche de SiyGe1 -y amorphe tout en restant compatible avec les traitements ultérieurs de la couche amorphe, par exemple lors de l'étape d).
Selon une possibilité, l'étape comportant le dépôt d'au moins un film d'un matériau amorphe comprend le dépôt d'au moins un autre film de nature différente de sorte à créer un empilement de plusieurs films.
Avantageusement, le procédé comprend avant l'étape d) d'application du traitement thermique de cristallisation, une étape iii) de traitement thermique additionnel de dégazage de la couche de SiyGe1 -y amorphe. Ainsi, il est possible d'éliminer tout ou une partie des éléments gazeux, par exemple l'hydrogène, incorporés dans la couche de SiyGe1 -y amorphe au moment de son dépôt. Ceci évite l'apparition d'effets néfastes liés à la présence de gaz d'hydrogène pendant le traitement thermique de cristallisation, tels que des exfoliations ou des bullages du SiyGe1 -y amorphe. De préférence, le traitement thermique additionnel iii) est effectué dans une gamme de température comprise entre 350°C et 500°C.
Selon une variante, le procédé comprend, avant l'étape d'implantation a), une étape de dépôt d'une portion inférieure de la couche de SiyGe1 -y amorphe et comprend, après l'étape a), une étape de nettoyage de la surface implantée de ladite portion inférieure, l'étape b) consistant à déposer une portion supérieure de la couche de SiyGe1 -y amorphe.
De préférence, les portions inférieure et supérieure cumulées forment la totalité de la couche amorphe de SiyGe1 -y.
Le nettoyage de la surface, réalisé après l'étape d'implantation a), permet avantageusement de retirer toute contamination ou tout oxyde en surface pour optimiser les dépôts ultérieurs, par exemple celui de la portion supérieure de ladite couche amorphe le cas échéant, et améliorer la cristallisation selon l'étape d). Un nettoyage peut être notamment effectué pour le retrait des contaminants organiques (par exemple, par une solution à base d'acide sulfurique, d'ozone...), pour le retrait de particules (par exemple, par une solution à base d'ammoniaque), pour le retrait des contaminants métalliques (par exemple, par une solution à base d'acide chlorhydrique) pour le retrait d'oxyde (par exemple, par une attaque dans une solution d'acide fluorhydrique), laissant une surface de la portion inférieure de la couche de SiyGe1 -y amorphe apte au dépôt de la portion supérieure de la couche de SiyGe1 -y amorphe et à la génération d'une cristallisation lors de l'étape d).
Selon une disposition particulière, x est égal à 1 et y est égal à 1 de sorte que le substrat comprend au moins en surface une couche cristalline de silicium et que l'étape b) comprend le dépôt d'une couche de silicium amorphe sur le film germe.
De préférence, la couche de SixGe1 -x est monocristalline de sorte que le film germe est formé d'un matériau monocristallin. Ceci permet la cristallisation de la couche amorphe en un matériau monocristallin à l'issue de l'étape d).
Il est entendu dans le présent document que la cristallisation selon l'invention permet l'obtention d'un matériau monocristallin et non d'un matériau polycristallin comprenant par exemple de gros grains de cristaux.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose une structure fragilisée composite comprenant de sa base vers sa surface, un substrat comprenant au moins à sa surface une couche de SixGe1 -x cristallin présentant un plan de fragilisation délimitant un film germe présentant une épaisseur comprise entre environ 10 nanomètres et 2 micromètres, une couche de SiyGe1 -y amorphe présentant une épaisseur supérieure à 10 micromètres sur le film germe, la couche de SiyGe1 -y amorphe comportant une région de contrainte comprenant des espèces ioniques implantées.
Cette structure fragilisée est ainsi adaptée à l'application du traitement de fracture selon l'étape c) et au traitement thermique de cristallisation selon l'étape d). En effet, la présence de ces espèces ioniques dans la couche superficielle de SiyGe1 -y amorphe permet d'équilibrer partiellement ou totalement les contraintes générées par les espèces ioniques implantées dans le substrat, lors de l'étape a), et contribue à maintenir une structure sans grande déformation.
De préférence, la couche de SixGe1 -x est monocristalline ainsi que le film germe de sorte à obtenir à terme une couche épaisse monocristalline.
Selon un troisième aspect, l'invention propose une structure détachée comprenant de sa base vers sa surface, un film de matériau amorphe en oxyde de silicium présentant une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres, un film germe de SixGe1 -x cristallin présentant une épaisseur comprise entre environ 10 nanomètres et 2 micromètres sur le film de matériau amorphe, une couche de SiyGe1 -y amorphe présentant une épaisseur supérieure à 10 micromètres sur le film germe et un film de matériau amorphe en oxyde de silicium présentant une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres sur la couche de SiyGe1 -y amorphe. La présence des deux films de matériau amorphe en oxyde de silicium permet avantageusement d'équilibrer les contraintes de part et d'autre du film germe et de la couche de SiyGe1 -y amorphe de sorte à éviter une grande déformation par exemple lors de l'application du traitement thermique de cristallisation. Le film déposé sur la couche de SiyGe1 -y amorphe contribue par ailleurs à éviter une initiation de la cristallisation à partir de la surface supérieure de la couche de SiyGe1 -y amorphe.
De préférence encore, le film germe de SixGe1 -x est monocristallin.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante des différentes variantes de réalisation de celle-ci, donné à titre d'exemples non limitatifs et fait en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Les traits pointillés symbolisent un plan de fragilisation. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques.
Les figures 1 à 6 représentent un mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Les figures 7 à 12 représentent une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
Les figures 13 à 18 représentent encore une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 1 illustre un substrat 1 comportant au moins en surface une couche cristalline et de préférence une couche monocristalline 10 de silicium au sein duquel une implantation d'espèces ioniques selon l'étape a) du procédé est réalisée (dans ce cas x=1 ). Les espèces ioniques utilisées sont par exemple des ions à base d'hydrogène et sont implantées avec une énergie comprise entre quelques keV et 250 keV avec une dose comprise entre 1016 à quelques 1017 at/cm2. Selon une autre possibilité, l'étape d'implantation a) est réalisée avec des ions hélium et selon encore une autre possibilité, l'étape a) consiste en une co-implantation d'ions hydrogène et d'hélium. Cette étape a) d'implantation conduit à la formation d'un plan de fragilisation 2 comprenant des microcavités et délimitant de part et d'autre un film germe 3 de silicium monocristallin et un négatif 4 du substrat 1 .
Selon une variante non illustrée, il est possible de déposer une couche de protection préalablement à l'étape d'implantation a), en silicium amorphe par exemple, à la surface de la couche monocristalline 10 en silicium en surface du substrat 1 afin de protéger la surface de contaminations pouvant avoir lieu lors de l'implantation ou en prévention d'un endommagement de la structure monocristalline. Cette couche de protection amorphe peut présenter une épaisseur de quelques dixièmes de micromètres. Il est entendu que l'énergie d'implantation des espèces ioniques est déterminée en tenant compte de cette épaisseur pour atteindre la profondeur souhaitée du plan de fragilisation 2 dans la couche silicium monocristallin 10. Une épaisseur souhaitée du film germe 3 est d'au moins 10 nanomètres. De préférence, cette épaisseur est d'au moins 100 nanomètres de sorte à légèrement décaler le pic d'implantation dans la couche 10 de silicium en surface du substrat 1 et ainsi conserver la qualité monocristal! ine en surface pour le futur film germe 3. Par ailleurs, cette couche de protection étant en matériau amorphe, elle n'est pas ou peu endommagée par l'implantation. Cette couche de protection peut donc être conservée pour effectuer l'étape b) de dépôt d'une couche de silicium amorphe 5 sur le film germe 3.
De façon non visible sur la figure 2 après l'étape d'implantation a), la surface du substrat 1 ou de la couche de protection en silicium amorphe est préparée de façon à retirer en particulier toute contamination ou tout oxyde en surface avant de procéder à l'étape b). Par exemple un nettoyage est effectué pour le retrait des contaminants organiques (par exemple par une solution à base d'acide sulfurique, d'ozone...) pour le retrait de particules (par exemple par une solution à base d'ammoniaque) pour le retrait des contaminants métalliques (par exemple par une solution à base d'acide chlorhydrique) pour le retrait d'oxyde (par exemple par une attaque dans une solution d'acide fluorhydrique), laissant une surface de silicium apte au dépôt de la couche de silicium amorphe 5 et à la génération d'une cristallisation lors de l'étape d). Il est possible d'utiliser d'autres techniques de nettoyage par exemple par décapage ionique ou en introduisant une étape de silanisation de la surface.
Comme illustré à la figure 2, une couche de silicium amorphe 5 est ensuite déposée sur le film germe 3 selon l'étape b) jusqu'à une épaisseur comprise entre 15 et 30 micromètres environ selon les applications souhaitées. Le dépôt peut être effectué par différentes techniques, telle que par PECVD (acronyme anglais de Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition) ou par PVD (acronyme anglais de Physical Vapor Déposition) et conduit à la formation d'une structure fragilisée 6 composite .
Comme illustré à la figure 3, un traitement de fracture est réalisé par traitement thermique appliqué par exemple à 400°C pendant 1 h selon l'étape c) du procédé. L'élévation de la température augmentant les contraintes internes à la structure fragilisée 6 composite conduisant à la déformation de la structure 6, une étape i) adaptée à équilibrer les effets ces contraintes est effectuée dans le même temps que le traitement thermique. Cette étape d'équilibrage des contraintes est effectuée en excerçant une pression mécanique sur chacune des surfaces principales de la structure fragilisée 6, notamment par des pistons 7 exerçant une pression supérieure à environ 1000 daN/m2. Comme illustré à la figure 4, une fois le substrat 1 fragilisé fracturé selon le plan de fragilisation 2, la structure détachée 8 est récupérée pour effectuer la cristallisation de la couche de silicium amorphe 5 en silicium monocristallin. Les tirets représentés sur la face exposée du film mince 3 ont pour seul but d'illustrer la présence préalable du plan fragilisé. Par ailleurs, selon une disposition non illustrée, le négatif 4 du substrat 1 peut être recyclé pour être réutilisé dans la fabrication d'une nouvelle couche épaisse de silicium monocristallin 9.
Comme illustré à la figure 5, un traitement thermique de cristallisation selon l'étape d) du procédé est appliqué à la structure détachée 8 à une température d'environ 470°C pendant plusieurs jours. La couche de silicium amorphe 5 se cristallise peu à peu à partir du film germe 3 qui transmet son empreinte cristalline. A titre d'exemple, il faudra compter environ 12 jours pour cristalliser la couche amorphe 5 de 15μηη de silicium à 500°C et 5 jours pour cette même épaisseur à 520°C. Enfin, le traitement thermique de cristallisation est terminé par application d'une température de 1200°C pendant quelques heures (figure 6) permettant la formation d'une couche épaisse 9 de silicium monocristallin comportant la même symétrie que celle du film germe 3 et satisfaisant par exemple les besoins des applications photovoltaïques. Cette très haute température permet également de diminuer le nombre de défauts cristallins.
Selon une variante, les traitements thermiques de cristallisation sont effectués en appliquant un gradient de température pour que l'avancée du front de cristallisation soit préférentiellement du film germe 3 vers la surface de la couche amorphe 5.
Les figures 7 à 1 2 illustrent une variante de réalisation du procédé selon l'invention. La figure 7 représente un substrat 1 totalement constitué d'une couche cristalline de silicium et de préférence d'une couche monocristalline 10 de silicium dans lequel des ions hydrogène sont implantés avec une énergie de 100keV et une dose de 1017 at/cm2 de sorte à former un plan de fragilisation 2 délimitant un film germe 3 de silicium monocristallin. Selon une possibilité non illustrée, la surface du substrat 1 de silicium est au préalable recouverte par une couche de protection en oxyde de silicium S1O2 amorphe présentant une épaisseur de 10 nm. Cette couche de protection permet avantageusement de protéger la surface de silicium monocristallin pendant l'implantation des espèces ioniques. Après implantation, cette couche est nettoyée par traitement chimique classique, tel qu'un traitement dans une solution contenant de l'acide sulfurique pour retirer les hydrocarbures. Un traitement en solution de type 'Ammonium Peroxide Mixture' ou APM est ensuite appliqué de sorte à générer un nouvel oxyde de silicium chimique propre protégeant la surface de la couche monocristalline 10 de silicium et qui est retiré par un traitement à l'acide fluorhydrique HF pour exposer le film germe 3 de silicium monocristallin juste avant d'effectuer l'étape b) de dépôt de la couche de silicium amorphe 5, tel qu'illustré à la figure 8, sur une épaisseur d'environ 25 micromètres.
Comme illustré à la figure 9, une étape i), d'équilibrage des contraintes générées dans la structure fragilisée 6 composite par l'implantation d'hydrogène suivi de l'application du traitement thermique de fracture, est réalisée par implantation de silicium sous la surface de la couche de silicium amorphe 5 avec une dose d'environ 5.1014 Si/cm2 et une énergie d'environ 100 keV. Ces ions de silicium permettent en effet de générer une région de contrainte 1 1 localisée dans la couche de silicium amorphe 5 apportant une contrainte de même nature que celle générée dans le substrat 1 au cours du traitement thermique. Par ailleurs, l'espèce implantée au cours de l'étape i) étant en silicium, elle ne dénature pas la couche de silicium amorphe 5.
Comme illustré à la figure 10, le traitement de fracture est réalisé par un traitement thermique à environ 320°C pendant 20h sans générer de déformation très importante dans la structure fragilisée 6 composite de sorte que les changements brusques d'énergie apparaissant dans la structure 6 au cours de la fracture sont limités.
Selon une variante de réalisation non illustrée, le traitement de fracture est obtenu par application d'un traitement thermique à une température inférieure à 320°C et est complétée par une application d'une contrainte mécanique, telle que l'application d'une lame au niveau du plan de fragilisation 2 dans le substrat 1 , un jet d'air ou d'eau sous pression ou une contrainte de cisaillement. Par ailleurs, le traitement thermique de fracture peut être réalisé à une température un peu plus élevée que 320 °C et sur une durée réduite. Une application d'une contrainte mécanique complète alors ce budget thermique (durée - température) en vue d'obtenir la fracture.
Comme illustré à la figure 1 1 , la structure détachée 8 comprenant le film germe 3 et la couche de silicium amorphe 5 est soumise au traitement thermique de cristallisation de sorte que le silicium amorphe cristallise à partir du film germe 3 monocristallin (figure 12). Une couche épaisse 9 de silicium monocristallin est ainsi obtenue.
Les figures 13 à 18 illustrent une autre variante de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 13 illustre l'étape a) d'implantation dans le substrat 1 totalement constitué de la couche cristalline de silicium et de préférence de la couche monocristalline 10 de silicium.
La figure 14 illustre l'étape b) de dépôt de la couche de silicium amorphe 5 sur le film germe 3.
La figure 15 illustre l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes à la structure fragilisée 6 par application d'une couche contrainte en compression 12 de silicium amorphe sur la couche de silicium amorphe 5 de sorte à compenser les effets de la contrainte générée par les ions hydrogène implantés dans le substrat 1 et ainsi limiter la déformation globale de la structure 6.
Puis, comme illustré à la figure 16, un traitement de fracture est appliquée à la structure fragilisée 6 par application d'un traitement thermique effectuée avec plusieurs paliers de température. La température est tout d'abord appliquée à environ 320°C pendant plusieurs heures, puis elle est élevée à 340°C et enfin à 360°C de sorte à limiter la durée d'application de la température la plus élevée, limiter les déformations et les risques de casse de la structure 6 et/ou du négatif 4 au cours de la fracture.
Comme illustré à la figure 17, la couche contrainte en compression
12 est retirée de la surface par un traitement chimique par exemple avec une solution à base de potasse. Puis un film de matériau amorphe 13, d'une nature différente du silicium, tel que de l'oxyde de silicium amorphe est déposé en surface de la couche de silicium amorphe 5 selon l'étape ii) du procédé. Ce film
13 est par exemple déposé à 350 °C par PECVD jusqu'à l'obtention d'une épaisseur de 100 nm. Il peut être déposé par d'autres techniques de dépôt à d'autres températures. Ce film 13 a pour effet de favoriser une cristallisation du silicium amorphe à partir du film germe 3 plutôt qu'à partir de la surface exposée de silicium amorphe en absence de ce film de matériau amorphe 13. Cette méthode permet notamment d'éviter la présence de deux sites différents de cristallisation générant des défauts au point de rencontre des deux fronts de cristallisation. Selon une variante de réalisation, le film de matériau amorphe 13 peut être déposé sur la couche de silicium amorphe 5 avant d'appliquer le traitement de fracture. Par ailleurs, ce film amorphe 13 peut être constitué d'un empilement de films de natures différentes.
Toutefois, ce film de matériau amorphe 13 peut générer des contraintes dans la structure détachée 8 lors du traitement thermique de cristallisation. Un deuxième film de même épaisseur et de même nature 14 est alors avantageusement déposé sur la face exposée du film germe 3 après fracture. Ainsi les contraintes générées sont symétriques ce qui limite l'apparition de déformations dans la structure détachée 8 (figure 17) pendant le traitement thermique de cristallisation.
Comme illustré à la figure 18, l'application du traitement thermique de cristallisation selon l'étape d) permet la cristallisation de la couche de silicium amorphe 5 et la formation d'une couche épaisse de silicium monocristallin 9 adaptée à des applications photovoltaïques.
Selon une variante de réalisation non illustrée, un traitement thermique additionnel selon l'étape iii) du procédé est appliqué à la structure détachée 8 avant l'application du traitement thermique de cristallisation. Ce traitement additionnel permet de dégazer la couche de silicium amorphe 5 par exemple de l'hydrogène inclus dans la couche au cours de son dépôt. Ce traitement thermique peut être effectué à des températures inférieures à 600°C et de préférence comprise entre environ 350°C et 500°C de sorte que le dégazage n'entraine pas d'exfoliations ou de bullage du silicium de la couche amorphe 5. Par ailleurs, l'exodiffusion de l'hydrogène effectué par ce traitement thermique additionnel peut modifier les contraintes dans le film germe 3 de silicium monocristallin de la structure détachée 8. Des moyens supplémentaires (moyens mécaniques, modification des natures et épaisseurs des dépôts film de matériau amorphe 13) pour éviter la déformation de la structure 8 peuvent alors être utilisés selon la concentration initiale d'hydrogène présent dans la couche de silicium amorphe 5.
A titre d'exemple, pour une couche de silicium amorphe 5 de 20μηη, le dégazage pourra être obtenu par un traitement thermique à 470° pendant 20 jours.
Selon encore une autre variante non illustrée, un prétraitement thermique est appliqué avant ou pendant l'étape b) de dépôt de la couche de silicium amorphe 5. Typiquement le prétraitement thermique est effectué à 320 °C pendant 1 h. Ceci permet la maturation des défauts cristallins formés par l'implantation ionique de sorte qu'un faible budget thermique de fracture, tel que 12 heures à 320°C, est ensuite nécessaire pour obtenir la fracture après le dépôt de la couche de silicium amorphe 5.
Les exemples donnés ci-dessus sont décrits en référence au silicium mais tous ces exemples peuvent être adaptés aux matériaux de type SixGei-x avec 0<x<1 notamment pour le film germe 3 et SiyGei-y pour la couche amorphe 5. Dans le cas où y est égal à 0, la couche amorphe 5 de germanium est avantageusement déposée par PECVD à partir d'une phase de germane, dans une gamme de température comprise entre environ 100°C et 300°C, et de préférence à une température inférieure à 150°C pour éviter des débuts de cristallisation pendant son dépôt. La cristallisation de la couche de germanium 5 est obtenue par application d'un traitement thermique à environ 600°C sous azote pendant une durée de 10 heures pour une épaisseur de 25 micromètres.
Ainsi, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline et de préférence une couche monocristalline 9 simple à mettre en œuvre, peu coûteuse et reproductible.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux variantes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline (9), notamment destinée à des applications photovoltaïques, comprenant les étapes consistant à :
a) Implanter des espèces ioniques à travers une surface d'un substrat (1 ) comportant au moins en surface une couche cristalline (10) de SixGei-x avec 0<x<1 de sorte à former un plan de fragilisation (2) dans ladite couche délimitant un film germe
(3) sous la surface du substrat (1 ),
b) Déposer une couche amorphe (5) de SiyGei-y avec 0<y<1 et y égal ou différent de x sur le film germe (3) conduisant à la formation d'une structure fragilisée (6) composite, c) Appliquer un traitement de fracture de sorte à provoquer une fracture du substrat (1 ) selon le plan de fragilisation (2) et obtenir une structure détachée (8) comportant le film germe (3) et la couche de SiyGei-y amorphe (5) d'une part, et un négatif
(4) du substrat (1 ) d'autre part, et
d) Appliquer à la structure détachée (8) un traitement thermique pour entraîner la cristallisation de la couche de SiyGei-y amorphe (5) à partir du film germe (3) de sorte à obtenir une couche épaisse cristalline (9) d'une épaisseur supérieure à 10 micromètres et désolidarisée du négatif (4).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le procédé comprend une étape i) d'équilibrage des contraintes internes générées dans la structure fragilisée (6) composite au cours de l'étape c) d'application d'un traitement de fracture.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte l'application d'une pression selon deux directions opposées de part et d'autre et perpendiculairement à la structure fragilisée (6) composite au cours de l'application d'un traitement de fracture selon l'étape c).
4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'application de la pression est réalisée par deux pistons (7) avec une pression supérieure à 1000 daN/m2.
5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte une implantation d'espèces ioniques dans la couche de SiyGei-y amorphe (5), notamment une implantation de silicium ou de germanium, de sorte à créer une région de contrainte (1 1 ).
6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'étape i) d'équilibrage des contraintes internes comporte un dépôt d'une couche contrainte en compression (12) sur la couche de SiyGei-y amorphe (5), notamment une couche (12) de SiyGe1 -y amorphe ou une couche d'oxyde de silicium amorphe.
7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape c) d'application d'un traitement de fracture comporte l'application d'un traitement thermique de fracture, notamment à au moins une température comprise entre la température ambiante et 600°C, et/ou l'application d'un traitement mécanique de fracture selon le plan de fragilisation (2), telle que l'application d'une flexion, d'une traction, d'une insertion latérale d'une lame, d'une contrainte de cisaillement, d'un jet d'eau ou d'air sous pression.
8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape d) de traitement thermique de cristallisation comprend l'application d'une température comprise entre 400°C et 1200°C pendant une durée comprise entre quelques heures et quelques jours.
9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le procédé comprend avant l'étape d) d'application du traitement thermique de cristallisation, une étape ii) comportant un dépôt d'au moins un film d'un matériau amorphe (13) sur la surface exposée de la couche de SiyGei-y amorphe (5).
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape ii) comportant un dépôt d'au moins un film d'un matériau amorphe (13) sur la surface de la couche de SiyGei-y amorphe (5) comporte également le dépôt d'au moins un film (14) du même matériau amorphe sur la surface libre du film germe (3).
1 1 . Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que les films de matériau amorphe (13,14) comprennent de l'oxyde de silicium.
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le procédé comprend avant l'étape d) d'application du traitement thermique de cristallisation, une étape iii) de traitement thermique additionnel de dégazage de la couche de SiyGei-y amorphe (5).
13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que x est égal à 1 et y est égal à 1 de sorte que le substrat (1 ) comprend au moins en surface une couche cristalline (10) de silicium et que l'étape b) comprend le dépôt d'une couche de silicium amorphe (5) sur le film germe (3).
14. Structure fragilisée (6) composite comprenant de sa base vers sa surface, un substrat (1 ) comportant au moins en surface une couche cristalline (10) de SixGei-x présentant un plan de fragilisation (2) délimitant un film germe (3) présentant une épaisseur comprise entre environ 10 nanomètres et 2 micromètres, une couche de SiyGei-y amorphe (5) présentant une épaisseur supérieure à 10 micromètres sur le film germe (3), la couche de SiyGei-y amorphe (5) comportant une région de contrainte (1 1 ) comprenant des espèces ioniques implantées.
15. Structure détachée (8) comprenant de sa base vers sa surface, un film de matériau amorphe (14) en oxyde de silicium présentant une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres, un film germe (3) de SixGei-x cristallin présentant une épaisseur comprise entre environ 10 nanomètres et 2 micromètres sur le film de matériau amorphe (14), une couche de SiyGei-y amorphe (5) présentant une épaisseur supérieure à 10 micromètres sur le film germe (3) et un film de matériau amorphe (13) en oxyde de silicium présentant une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres sur la couche de SiyGei-y amorphe (5).
EP13820824.4A 2012-12-21 2013-12-17 Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline Withdrawn EP2935662A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1262736A FR3000109B1 (fr) 2012-12-21 2012-12-21 Procede de fabrication d’une couche epaisse cristalline
PCT/FR2013/053146 WO2014096690A1 (fr) 2012-12-21 2013-12-17 Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2935662A1 true EP2935662A1 (fr) 2015-10-28

Family

ID=48083269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13820824.4A Withdrawn EP2935662A1 (fr) 2012-12-21 2013-12-17 Procédé de fabrication d'une couche épaisse cristalline

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150349191A1 (fr)
EP (1) EP2935662A1 (fr)
JP (1) JP2016509364A (fr)
FR (1) FR3000109B1 (fr)
WO (1) WO2014096690A1 (fr)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10978311B2 (en) 2016-12-12 2021-04-13 Siltectra Gmbh Method for thinning solid body layers provided with components
DE102017010284A1 (de) 2017-11-07 2019-05-09 Siltectra Gmbh Verfahren zum Dünnen von mit Bauteilen versehenen Festkörperschichten
CN110767774B (zh) * 2019-10-14 2021-05-11 上海理想万里晖薄膜设备有限公司 TOPCon太阳能电池的制造方法及其非晶硅晶化的方法和设备
FR3108774B1 (fr) * 2020-03-27 2022-02-18 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en sic monocristallin sur un substrat support en sic
JP7604541B2 (ja) * 2022-04-28 2024-12-23 株式会社Kokusai Electric 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置
TWI869793B (zh) 2022-04-28 2025-01-11 日商國際電氣股份有限公司 基板處理方法、半導體裝置的製造方法、程式及基板處理裝置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2809867B1 (fr) * 2000-05-30 2003-10-24 Commissariat Energie Atomique Substrat fragilise et procede de fabrication d'un tel substrat
US6746942B2 (en) * 2000-09-05 2004-06-08 Sony Corporation Semiconductor thin film and method of fabricating semiconductor thin film, apparatus for fabricating single crystal semiconductor thin film, and method of fabricating single crystal thin film, single crystal thin film substrate, and semiconductor device
US7863157B2 (en) * 2006-03-17 2011-01-04 Silicon Genesis Corporation Method and structure for fabricating solar cells using a layer transfer process
US8993410B2 (en) * 2006-09-08 2015-03-31 Silicon Genesis Corporation Substrate cleaving under controlled stress conditions
US7914619B2 (en) * 2008-11-03 2011-03-29 International Business Machines Corporation Thick epitaxial silicon by grain reorientation annealing and applications thereof
FR2968316B1 (fr) * 2010-12-01 2013-06-28 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'une couche de silicium cristallise a gros grains

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014096690A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016509364A (ja) 2016-03-24
WO2014096690A1 (fr) 2014-06-26
US20150349191A1 (en) 2015-12-03
FR3000109A1 (fr) 2014-06-27
FR3000109B1 (fr) 2015-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2175478B1 (fr) Procédé pour le transfert d&#39;un film mince comportant une étape de création d&#39;inclusions
EP1550158B1 (fr) Realisation d un substrat semiconducteur demontable et obten tion d un element semiconducteur.
EP1678755B1 (fr) Procede de transfert catastrophique d une couche fine apres co-implantation
EP1285461B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une couche mince
WO2014096690A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une couche épaisse cristalline
FR2857982A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une couche epitaxiee
FR2857983A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une couche epitaxiee
EP1559138A1 (fr) Procede de formation d&#39;une zone fragile dans un substrat par co-implantation
FR2983342A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une heterostructure limitant la formation de defauts et heterostructure ainsi obtenue
WO2010049657A1 (fr) Procede de formation d&#39;une couche monocristalline dans le domaine micro-electronique
FR2842650A1 (fr) Procede de fabrication de substrats notamment pour l&#39;optique, l&#39;electronique ou l&#39;opto-electronique
FR2926672A1 (fr) Procede de fabrication de couches de materiau epitaxie
EP2002474A2 (fr) Procede de detachement d&#39;un film mince par fusion de precipites
EP2822028B1 (fr) Procédé d&#39;activation électrique d&#39;espèces dopantes dans un film de GaN
FR2924273A1 (fr) Procede de moderation de deformation
EP2771906B1 (fr) Procédé de lissage d&#39;une surface par traitement thermique
EP2511951A1 (fr) Méthode de recyclage d&#39;un substrat source
WO2004112125A1 (fr) Procede d&#39;obtention d&#39;une couche tres mince par amincissement par auto-portage provoque
EP2979306A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;une structure à multijonctions pour cellule photovoltaïque
FR2933235A1 (fr) Substrat bon marche et procede de fabrication associe
WO2022117930A2 (fr) Substrat donneur pour le transfert d&#39;une couche mince et procede de transfert associe
FR2845517A1 (fr) Realisation d&#39;un substrat semiconducteur demontable et obtention d&#39;un element semiconducteur
FR2907965A1 (fr) Procede de traitement d&#39;un substrat donneur pour la fabrication d&#39;un substrat.
EP1818976A1 (fr) Procédé de transfert d&#39;une couche mince formée dans un substrat présentant des amas de lacunes
FR2951869A1 (fr) Procede de realisation d&#39;une structure a couche enterree par implantation et transfert

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: 20150708

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
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: 20160211