FR2909990A1 - Procede et installation de fabrication de blocs d'un materiau semiconducteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une installation (10) de fabrication de blocs d'un matériau semiconducteur, comprenant au moins une enceinte (12) contenant une atmosphère de gaz neutre, l'enceinte comprenant un système de fusion (27, 32, 40) adapté à faire fondre le matériau semiconducteur dans un creuset (24) ; un système de purification (50) adapté à éliminer des impuretés du matériau semiconducteur fondu dans le creuset ; un système de transfert thermique (32) adapté à refroidir la base du creuset et un système de chauffage (40) de la surface libre (63) du matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset de façon à favoriser la solidification du matériau semiconducteur ; et un système de déplacement (18) du creuset (24) contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié jusqu'au système de chauffage et/ou un système de déplacement du système de chauffage jusqu'au creuset contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié.

Description

B8083 1 PROCEDE ET INSTALLATION DE FABRICATION DE BLOCS D'UN MATERIAU

SEMICONDUCTEUR Domaine de l'invention La présente invention concerne la fabrication d'un matériau semiconducteur, notamment du silicium, pour constituer des cellules de production d'énergie électrique par effet photovoltaïque. Exposé de l'art antérieur Actuellement, le silicium destiné aux techniques photo-voltaïques est essentiellement constitué des rebuts de l'indus-trie microélectronique, car le silicium utilisé pour des applications photovoltaïques peut contenir une proportion d'impuretés (de l'ordre de 10-6) moins critique que le niveau d'impuretés (10-9) généralement requis en microélectronique. Il serait souhaitable de disposer d'une autre source de silicium pour produire du silicium adapté aux produits photovoltaïques. En particulier, les rebuts de l'industrie microélectrique tendent à devenir insuffisants pour satisfaire les besoins des techniques photovoltaïques. Actuellement, on cherche à affiner le silicium fabriqué pour des applications métallurgiques pour obtenir du silicium d'une pureté adaptée aux techniques photovoltaïques. Le silicium 2909990 B8083 2 utilisé en métallurgie peut contenir plusieurs pourcents d'impuretés telles que le fer, le titane, le bore, le phosphore, etc. Le brevet FR 2 869 028 au nom de la Demanderesse décrit un procédé et une installation de fabrication de blocs 5 d'un matériau semiconducteur, notamment du silicium, présentant un degré de pureté suffisant pour une utilisation directe pour la réalisation de produits photovoltaïques. Bien qu'une telle installation fonctionne de façon tout à fait satisfaisante, elle est relativement complexe et présente un encombrement important.

10 Résumé de l'invention La présente invention vise à proposer une installation de fabrication de blocs d'un matériau semiconducteur, notamment du silicium, présentant un degré de pureté suffisant pour une utilisation directe pour la réalisation de produits photo- 15 voltaïques et/ou de blocs du matériau semiconducteur ayant un degré de pureté inférieur au niveau requis pour une utilisation directe pour la réalisation de produits photovoltaïques et destinés à être traités ultérieurement pour présenter un degré de pureté suffisant pour les techniques photovoltaïques, ladite 20 installation permettant une fabrication industrielle complètement automatisable de tels blocs du matériau semiconducteur tout en étant particulièrement simple et présentant un encombre-ment réduit. La présente invention vise en outre un procédé de 25 fabrication de tels blocs du matériau semiconducteur comprenant un nombre d'étapes réduit. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, un aspect de la présente invention prévoit une instal- lation de fabrication de blocs d'un matériau semiconducteur, 30 comprenant au moins une enceinte contenant une atmosphère d'au moins un gaz neutre, l'enceinte comprenant un système de fusion adapté à faire fondre le matériau semiconducteur dans un creuset ; un système de purification adapté à éliminer des impuretés du matériau semiconducteur fondu dans le creuset ; un système de 35 transfert thermique adapté à refroidir la base du creuset et un 2909990 B8083 3 système de chauffage de la surface libre du matériau semiconducteur fondu et purifié par le système de purification dans le creuset de façon à favoriser la solidification du matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset ; et un 5 système de déplacement du creuset contenant le matériau semi-conducteur fondu et purifié jusqu'au système de chauffage et/ou un système de déplacement du système de chauffage jusqu'au creuset contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié. Selon un exemple de réalisation, le système de trans- 10 fert thermique et le système de chauffage sont adaptés à favoriser la ségrégation d'impuretés lors de la solidification du matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset. Selon un exemple de réalisation, le système de chauffage comprend une bobine d'induction et un élément inductif conducteur 15 de la chaleur. Selon un exemple de réalisation, l'installation comprend un système d'évacuation des gaz issus de la purification du silicium fondu dans le creuset. Selon un exemple de réalisation, le système de purifi-20 cation comprend une torche à plasma. Selon un exemple de réalisation, le système de fusion comprend une bobine d'induction latérale entourant les parois latérales du creuset. Selon un exemple de réalisation, un manchon isolant est interposé entre le creuset et la bobine d'induction latérale. Selon un exemple de réalisation, l'installation comprend un écran de protection s'interposant entre le système de fusion et le système de purification et adapté à délimiter avec une paroi de l'enceinte un volume de confinement contenant le système de purification, l'écran de protection comportant un orifice en vis-à-vis duquel est destinée à être placée la surface libre du matériau semiconducteur fondu par le système de fusion lors du fonctionnement du système de purification. Un autre aspect de la présente invention prévoit un procédé de fabrication de blocs d'un matériau semiconducteur 2909990 B8083 4 comprenant les étapes suivantes réalisées dans une enceinte contenant une atmosphère d'au moins un gaz neutre consistant à remplir un creuset du matériau semiconducteur solide ; à faire fondre le matériau semiconducteur solide ; à éliminer des impu- 5 retés du matériau semiconducteur fondu ; à déplacer le creuset contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié jusqu'à un système de chauffage de la surface libre du matériau semi-conducteur fondu et purifié et/ou déplacer le système de chauffage jusqu'au creuset contenant le matériau semiconducteur 10 fondu et purifié ; et à refroidir le matériau semiconducteur pour solidifier le matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 15 d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A à 1C sont des coupes latérales, 20 partielles et schématiques d'un exemple de réalisation d'une installation de fabrication de silicium selon l'invention à des étapes successives d'un exemple de procédé de fabrication selon l'invention ; la figure 2 est une coupe schématique de dessus d'un 25 élément de l'installation de fabrication selon l'invention ; et la figure 3 est une coupe latérale, partielle et schématique d'un autre exemple de réalisation d'une installation de fabrication selon l'invention. Description détaillée 30 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments de l'installation qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux différentes figures.

2909990 B8083 5 Les figures 1A à 1C représentent un exemple de réalisation d'une installation 10 de fabrication de silicium comprenant une enceinte 12 cylindrique, par exemple à parois doubles en inox. Une ouverture 14 est prévue au travers de 5 l'enceinte 12 et permet de faire communiquer le volume interne de l'enceinte 12 avec l'extérieur. L'installation 10 comprend une porte étanche 16 au niveau de l'ouverture 14 pour isoler hermétiquement le volume interne de l'enceinte 12. La porte 16, par exemple du type battante ou coulissante, est actionnée par 10 un mécanisme non représenté permettant de libérer l'ouverture 14 entre l'enceinte 12 et l'extérieur. Une atmosphère d'un gaz neutre, ou d'un mélange de gaz neutres, par exemple de l'argon ou de l'hélium, de façon avantageuse à une pression légèrement supérieure à la pression 15 atmosphérique, est maintenue, en fonctionnement, dans l'enceinte 12 pour éviter la pénétration d'oxygène dans l'enceinte 12. Selon une variante, l'ouverture 14 ne fait pas directement communiquer l'enceinte 12 avec l'extérieur mais avec une enceinte secondaire, non représentée, qui comporte une 20 ouverture pouvant être fermée hermétiquement et débouchant sur l'extérieur de l'installation 10. Une telle enceinte secondaire joue alors le rôle d'un sas d'entrée/sortie pour l'introduction ou le retrait d'objets dans l'installation 10. L'enceinte secondaire d'entrée/sortie comprend alors un moyen pour établir 25 une atmosphère du gaz neutre dans ladite enceinte secondaire d'entrée/sortie avant l'ouverture de la porte 16 la reliant à l'enceinte 12. L'enceinte 12 comprend un élévateur 18, constitué par exemple d'un plateau 20 susceptible d'être déplacé dans 30 l'enceinte 12 selon la direction verticale par l'intermédiaire d'un système d'entraînement 22 fixé à l'enceinte 12. L'élévateur 18 est commandé automatiquement, par exemple par un programme de commande prémémorisé. Un creuset 24 est disposé sur le plateau 22. Il 35 s'agit, par exemple, d'un creuset à base de silice ou de 2909990 B8083 6 graphite. Le creuset 24 peut être à base circulaire ou rectangulaire selon la forme du bloc de silicium que l'on souhaite obtenir. Il s'agit, par exemple, d'un creuset du type creuset chaud ou creuset froid, constitué, par exemple, d'un 5 creuset à base de graphite mélangé à de l'argile ou à base de carbure de silicium pourvu d'un contre-creuset intérieur à base de silice. Selon un autre exemple, il s'agit d'un creuset en quartz revêtu à l'intérieur de nitrure de silicium. Il peut également s'agir du creuset décrit dans la demande de brevet 10 US 2006/0144326 déposée aux noms de Appolon Solar, de Cyberstar et de la Demanderesse. Un manchon 26 d'un matériau isolant entoure les parois latérales du creuset 24 et repose sur le plateau 20. L'installation 10 comprend un système de chauffage 15 latéral 27 comprenant une bobine d'induction latérale 28 entourant le manchon 26 et disposée au niveau d'un élément de support 30 isolant reposant sur le plateau 20. La bobine d'induction latérale 28 peut comprendre un tube creux en forme de solénoïde d'un matériau qui est un bon conducteur électrique, par exemple 20 le cuivre, un fluide de refroidissement circulant dans le tube. L'installation 10 comprend un système de transfert thermique inférieur 32 disposé entre le creuset 24 et le plateau 20. Le système de transfert thermique inférieur 32 comprend une bobine d'induction inférieure plane 34 disposée au niveau d'un 25 élément de support 36 isolant. La bobine inférieure 34 peut comprendre un tube creux en forme de spirale d'un matériau qui est un bon conducteur électrique, un fluide de refroidissement circulant dans le tube. Le système 32 comprend également une plaque intermédiaire 38, appelée suscepteur, constituée d'un 30 matériau inductif et bon conducteur de la chaleur, et disposée entre l'élément de support 36 et la base du creuset 24. L'élévateur 18 est adapté à déplacer l'ensemble formé par le creuset 24, le système de chauffage latéral 27 et le système de transfert thermique inférieur 32 entre une position 35 basse et une position haute.

2909990 B8083 7 L'installation 10 comprend un système de chauffage supérieur 40 comportant une bobine d'induction supérieure plane 42 disposée au niveau d'un élément de support 44. Le système de chauffage supérieur 40 comprend également une plaque 5 intermédiaire 46, appelée suscepteur, constituée d'un matériau inductif et bon conducteur de la chaleur, disposée contre l'élément de support 44. La bobine supérieure 42 peut comprendre un tube creux en forme de spirale d'un matériau qui est un bon conducteur électrique, un fluide de refroidissement circulant 10 dans le tube. Le système de chauffage supérieur 40 est relié de façon mobile à l'enceinte 12 par un système d'entraînement, non représenté. Le système d'entraînement permet de déplacer le système de chauffage supérieur 40 selon la direction horizontale 15 entre une position d'utilisation à laquelle le système de chauffage 40 est à l'aplomb du creuset 24, le creuset 24 étant en position basse, et une position de non utilisation à laquelle le système de chauffage supérieur 40 ne gène pas le déplacement du creuset 24 par l'élévateur 18 entre la position basse et la 20 position haute. Une torche à plasma inductif 50 est disposée au niveau d'une paroi supérieure 52 de l'enceinte 12 à l'aplomb du creuset 24. La torche à plasma inductif 50 est associée à un injecteur de gaz réactifs (non représenté) tels que de l'oxygène, du 25 chlore, de l'azote, etc. L'enceinte 12 comprend un système d'alimentation, non représenté, du creuset 24 en morceaux de silicium métallurgique, par exemple sous la forme de granules. Il peut s'agir d'une trémie escamotable.

30 L'enceinte 12 comprend en outre un écran de protection 54, de forme annulaire, contenant une ouverture centrale 56, adapté à être déplacé selon la direction verticale entre une position basse de repos et une position haute à laquelle l'écran de protection 54 est à proximité de la paroi supérieure 52 de 35 l'enceinte 12 et délimite, avec la paroi supérieure 52, un 2909990 B8083 8 volume de confinement 58. L'écran de protection 54 peut être déplacé par le système de chauffage latéral 27 ou par tout autre système d'entraînement et peut être guidé en déplacement par un système de guidage non représenté. Lorsque le système de 5 chauffage latéral 27 et l'écran de protection 54 sont en position haute, le contenu du creuset 24 est exposé à la torche à plasma 50 par l'ouverture 56 de l'écran de protection 54. L'enceinte 12 comprend un système 60 d'évacuation des composés volatils présents dans le volume de confinement 58. Il 10 s'agit, par exemple, d'un tube creux comprenant des ouvertures et relié à une pompe d'aspiration, afin d'évacuer les composés volatils et les composés solides qui pourraient se former dans les zones froides du volume de confinement 58. Le système d'évacuation 60 peut être refroidi par un système de refroi- 15 dissement 62 correspondant, par exemple, à un tube creux dans lequel circule un liquide de refroidissement. Les bobines d'induction 28, 34 et 42 sont alimentées par un système de fourniture d'une tension alternative et un système de fourniture d'un liquide de refroidissement adaptés à 20 suivre les déplacements de l'élévateur 18. Les étapes d'un exemple de procédé de fabrication du silicium selon l'invention vont maintenant être décrites en relation aux figures 1A à 1C. La figure 1A illustre une première étape dans laquelle 25 l'élévateur 18 est en position basse. Le système d'alimentation est commandé pour verser des granules de silicium métallurgiques dans le creuset 24. Le système de chauffage supérieur 40 est alors amené en position d'utilisation, à l'aplomb du creuset 24, comme cela est représenté en figure 1A.

30 Les granules de silicium sont alors fondus en alimentant la bobine latérale 28 et la bobine supérieure 42 par une tension à fréquence moyenne, par exemple de l'ordre de quelques kilohertz pour un creuset 24 de quelques centaines de millimètres de côté. Le système de chauffage supérieur 40 assure 35 un chauffage par radiation. En effet, le suscepteur 46 est 2909990 B8083 9 chauffé par induction par la bobine supérieure 42, et émet de la chaleur par radiation. Le silicium solide étant peu inductif aux températures ambiantes, le système de chauffage supérieur 40 permet d'amener le silicium à une température suffisante (de 5 l'ordre de 600 C) à laquelle le silicium peut directement être chauffé par induction. Le manchon isolant 26 permet de réduire les pertes thermiques latérales du creuset 24. Le remplissage du creuset 24 est progressif, de nouveaux granules de silicium étant ajoutés lorsque les granules 10 de silicium précédemment versés dans le creuset 24 ont fondu, jusqu'à ce que le creuset 24 soit pratiquement rempli à ras bord, la référence 63 désignant la surface libre du bain de silicium fondu. La fréquence de la tension d'alimentation de la bobine latérale 28 et de la bobine supérieure 42 est alors 15 diminuée pour favoriser un brassage du silicium fondu dans le creuset 24. Selon une variante de l'invention, la fusion du silicium peut être obtenue par l'intermédiaire de la torche à plasma 50. Dans ce cas, le système de chauffage supérieur 40 est 20 en position de non utilisation et le creuset 24 est surélevé par l'élévateur 18 jusqu'à ce que les morceaux de silicium disposés dans le creuset 24 soient balayés efficacement par la torche à plasma 50. Une fois que les morceaux de silicium ont atteints une température suffisante, le reste de la fusion peut être 25 réalisé seulement par le système de chauffage latéral 27. En outre, le creuset 24 peut être ramené en position basse de façon que le système de chauffage supérieur 40 soit amené en position d'utilisation et participe au chauffage du silicium dans le creuset 24.

30 Selon une autre variante, le système de transfert thermique inférieur 32 participe à l'étape de fusion du silicium. Pour ce faire, la bobine inférieure 34 est alimentée par une tension à fréquence moyenne, par exemple de l'ordre de quelques kilohertz. Le suscepteur 38 permet un chauffage du 35 creuset 24 par radiation. Le système de chauffage inférieur 32 2909990 B8083 10 peut donc être utilisé pour élever la température des morceaux de silicium disposés dans le creuset 24 afin de pouvoir les chauffer par la suite par induction. Le système de transfert thermique inférieur 32 peut être utilisé pour chauffer les 5 morceaux de silicium conjointement avec le système de chauffage latéral 27, la torche à plasma 50 ou le système de chauffage supérieur 40. La figure 1B illustre l'étape de purification du silicium fondu dans le creuset 24. Pour ce faire, le système de 10 chauffage supérieur 40 est amené en position de non utilisation. L'ensemble formé par le creuset 24, le système de chauffage latéral 27 et le système de transfert thermique inférieur 32 est alors surélevé par l'élévateur 18 jusqu'à ce que la surface libre 63 du silicium fondu dans le creuset 24 soit dans une 15 position adaptée pour être balayée efficacement par la torche à plasma 50. Lors du mouvement ascendant, le système de chauffage latéral 27 peut entraîner l'écran de protection 54 et le rapprocher de la paroi supérieure 52. En position haute, l'écran de protection 54 délimite le volume de confinement 58 avec la 20 paroi supérieure 52 et le creuset 24. La purification du silicium fondu est alors réalisée dans laquelle différents gaz réactifs sont introduits dans le plasma. Les gaz réactifs réagissent avec des impuretés présentes dans le silicium liquide de façon à former des composés volatils 25 qui sont évacués par l'intermédiaire du système d'évacuation 60. Les gaz réactifs tendent également à réagir avec le silicium fondu pour former des composés volatils tels que SiO qui doivent également être évacués. L'écran de protection 54 protège le système de chauffage latéral 27 lors du fonctionnement de la 30 torche à plasma 50 et tend à retenir les composés volatils dans le volume de confinement 58. L'écran de protection 54 et le système d'évacuation 60 sont refroidis par le système de refroidissement 62 lors du fonctionnement de la torche à plasma 50. Pour éviter tout passage indésirable de composés volatils 35 depuis le volume de confinement 58 vers le reste de l'enceinte 2909990 B8083 11 12, il est avantageux de prévoir une surpression dans l'enceinte 12 par rapport au volume de confinement 58. On peut prévoir, en outre, au niveau de l'écran de protection 54, un rideau gazeux limitant encore davantage le passage de composés volatils depuis 5 le volume de confinement 58 vers le reste de l'enceinte 12. Au cours de la purification, l'ensemble formé par le creuset 24, le système de chauffage latéral 27 et le système de transfert thermique inférieur 32 peut être déplacé par l'élévateur 18 pour ajuster la position de la surface libre 63 du silicium fondu 10 contenu dans le creuset 24 pour que la surface libre 63 se trouve en permanence dans une position adaptée pour être balayée efficacement par la torche à plasma 50. En outre, du silicium solide peut être ajouté dans le creuset 24 au cours de la purification pour ajuster le niveau du silicium fondu.

15 La figure 1C illustre l'étape de cristallisation du silicium fondu et purifié. L'ensemble formé par le creuset 24, le système de chauffage latéral 27 et le système de transfert thermique inférieur 32 est amené en position basse par l'élévateur 18 à la fin de l'étape de purification. Le système de 20 chauffage supérieur 40 est alors amené en position d'utilisation à l'aplomb du creuset 24. Le système de chauffage supérieur 40 est utilisé pour chauffer le silicium fondu du côté de la surface libre 63. Le suscepteur 46 assure que la température de la face supérieure 63 du silicium reste la plus homogène 25 possible. Le système de transfert thermique inférieur 32 est alors utilisé comme système de refroidissement en faisant circuler un liquide de refroidissement dans la bobine inférieure 34 qui n'est pas alimentée par une tension alternative. Le 30 suscepteur 38 assure que la température du fond du creuset 24 reste la plus homogène possible. La bobine latérale 28 du système de chauffage latéral 27 peut ne pas être alimentée par une tension alternative pendant la phase de cristallisation. Le manchon isolant 26 2909990 B8083 12 permet de réduire au maximum les pertes thermiques au niveau des parois latérales du creuset 24. On obtient ainsi un solidification progressive du silicium contenu dans le creuset 24 depuis la base du creuset 24 5 jusqu'à la surface libre 63 du silicium en contrôlant le front de solidification du silicium qui correspond dans ce cas sensiblement à un plan parallèle à la base du creuset 24 et qui progresse depuis la base du creuset 24 jusqu'à la surface libre 63. On favorise alors la ségrégation d'impuretés dans la phase 10 liquide du silicium au cours de la solidification, les impuretés étant piégées au niveau de la surface libre du bloc de silicium solide obtenu. On peut favoriser par ailleurs la ségrégation d'impuretés qui sont piégées dans la première portion de silicium qui se solidifie à la base du creuset 24. Il suffit 15 alors de retirer une couche superficielle en surface du bloc de silicium, et éventuellement à la base du bloc de silicium, pour obtenir un bloc de silicium adapté à la réalisation de produits photovoltaïques. La forme du bloc de silicium solidifié dépend de la forme intérieure du creuset 24. On utilise alors de 20 préférence un creuset 24 à base rectangulaire pour obtenir un bloc de silicium parallélépipédique. Une telle étape de cristallisation est avantageusement mise en oeuvre lorsqu'on souhaite obtenir un bloc de silicium dont le degré de pureté est suffisant pour une utilisation directe pour la fabrication de 25 produits photovoltaïques et que le silicium de base utilisé pour le remplissage du creuset 24 a un degré de pureté tel qu'une solidification sans ségrégation d'impuretés du silicium fondu et purifié ne permettrait pas d'obtenir un bloc de silicium ayant un degré de pureté suffisant pour une utilisation directe pour 30 la fabrication de produits photovoltaïques. Une fois complètement solidifié, le creuset 24, contenant le bloc de silicium solidifié, est retiré de l'enceinte 12. A titre de variante, le système de transfert thermique inférieur 32 peut être remplacé par un système de refroi- 35 dissement comprenant une semelle sur laquelle est déposée le 2909990 B8083 13 creuset 24. La semelle est constituée d'un matériau bon conducteur de la chaleur et est refroidie par un fluide de refroidissement circulant dans des conduites traversant la semelle.

5 Selon une autre variante, le système de transfert thermique inférieur 32 peut être utilisé pour chauffer la base du creuset 24 pendant l'étape de cristallisation, par exemple à une température inférieure à la température de solidification du silicium. Pour ce faire, la bobine d'induction inférieure 34 10 peut être alimentée par une tension alternative pendant l'étape de cristallisation. En chauffant davantage la surface libre 63 du silicium par rapport à la base du creuset 24, on obtient un gradient de températures dans le silicium fondu contenu dans le creuset 24 entraînant une solidification progressive du silicium 15 contenu dans le creuset 24 depuis la base du creuset 24 jusqu'à la surface libre 63 du silicium. Selon une autre variante de l'invention, la solidi-fication du silicium peut être réalisée sans nécessairement favoriser une progression particulière du front de solidi- 20 fication du silicium contenu dans le creuset 24. Ceci peut être obtenu lorsque la solidification du silicium est réalisée en utilisant seulement le système de transfert thermique inférieur 32 sans utilisation du système de chauffage supérieur 40. On n'obtient pas alors de ségrégation des impuretés dans le bloc de 25 silicium. Un tel procédé de cristallisation peut être mis en oeuvre pour l'obtention d'un bloc de silicium dont le degré de pureté est suffisant pour une utilisation directe pour la fabrication de produits photovoltaïques en utilisant du silicium pour le remplissage du creuset 24 ayant un degré de pureté 30 suffisant de sorte que la solidification sans ségrégation d'impuretés du silicium fondu et purifié permette d'obtenir directement un bloc de silicium ayant un degré de pureté suffisant pour la fabrication de produits photovoltaïques. Dans le cas où le silicium utilisé pour le remplissage du creuset 24 35 a un degré de pureté tel qu'une solidification sans ségrégation 2909990 B8083 14 d'impuretés du silicium fondu et purifié ne permet pas d'obtenir un bloc de silicium ayant un degré de pureté suffisant pour une utilisation directe pour la fabrication de produits photovoltaïques, le bloc de silicium obtenu est impropre à une 5 utilisation directe pour des techniques photovoltaïques. Toutefois, un tel bloc peut être ultérieurement refondu pour fournir un bloc de silicium adapté à la réalisation de produits photovoltaïques. Selon une variante de l'invention, les bobines d'induc-10 tion 28, 34, 42 sont remplacées par un réseau de résistances chauffantes. La figure 2 est une coupe schématique de dessus du système d'évacuation 60. Le système d'évacuation 60 comprend un tube principal creux 64 qui épouse sensiblement le contour du 15 creuset 24. Dans le présent exemple, le tube principal 64 a une forme carrée ou rectangulaire qui entoure une région interne 66. Le tube principal 64 comprend des ouvertures 68 disposées du côté de la région interne 66, et qui sont, dans le présent exemple, réparties aux quatre coins du tube principal 64. Des 20 tubes secondaires 70 relient le tube principal 64 à une pompe d'aspiration non représentée. De façon avantageuse, quatre tubes secondaires 70 sont prévus, un tube secondaire 70 communiquant avec le tube principal 64 entre deux ouvertures 68. On a représenté schématiquement par des flèches 71 le sens de circu- 25 lation des gaz lorsque le système d'évacuation 60 est en fonctionnement. Un tel exemple de répartition des ouvertures 68 et des tubes secondaires 70 permet avantageusement d'assurer que le système d'évacuation 60 continue à fonctionner correctement même si une portion du tube principal 60 se bouche en 30 fonctionnement. La figure 3 est une coupe partielle et schématique d'un autre exemple de réalisation de l'installation 10. Selon cet exemple de réalisation, l'écran de protection 54 n'est pas présent. Une pièce de confinement 72 entoure la torche à plasma 35 50 et comprend une paroi latérale interne 74 qui délimite une 2909990 B8083 15 ouverture interne 76 dans le prolongement de la torche à plasma 50. La paroilatérale interne 74 se prolonge par une paroi inférieure 78 sensiblement plane qui s'étend en vis-à-vis du creuset 24. Lorsque l'ensemble formé par le creuset 24, le 5 système de chauffage latéral 27 et le système de transfert thermique inférieur 32 est amené en position haute, le creuset 24 et la pièce de confinement 72 délimitent un volume utile 80 communiquant avec le reste de l'enceinte 12 à sa périphérie. Le système d'évacuation 60 est prévu à la périphérie du volume 10 utile 80. Les lignes fléchées 82 représentent schématiquement le sens de circulation des gaz dans le volume utile 80 lors de l'étape de purification. Dans le présent exemple de réalisation, le creuset 24 n'est pas complètement rempli par le silicium fondu de sorte que le bord supérieur du creuset 24 forme un 15 obstacle 84 à la circulation de gaz. Les gaz issus de la purification du silicium s'étendent latéralement à la surface libre 63 du silicium fondu du centre vers la périphérie de la surface libre 63, s'élèvent en rencontrant l'obstacle 84 et sont rabattus vers le centre de la surface libre 63 par la paroi 20 inférieure 78 de la pièce de confinement 72. On observe alors à formation d'une circulation sensiblement en boucle fermée dans le volume utile 80, une partie des gaz s'échappant néanmoins vers le système d'évacuation 60. Il n'y a donc pas ou peu de pollution du reste de l'enceinte 12 par les gaz issus de la 25 purification du silicium fondu. En outre, une légère aspiration des gaz neutres de l'enceinte dans le volume utile 80 peut se produire. Un tel exemple de réalisation permet de façon avantageuse de faciliter le réglage de la position du creuset 24 par rapport à la torche à plasma 50 étant donné que l'étanchéité 30 du volume utile 80 n'a pas à être assurée. De façon générale, on peut disposer plusieurs instal- lations 10 telles que décrites précédemment les unes à côté des autres. Ceci permet de façon avantageuse de mettre en commun les systèmes d'alimentation des bobines d'induction 28, 34, 42, les 35 systèmes d'alimentation des torches à plasma 50, les systèmes 2909990 B8083 16 d'évacuation 60, etc. pour réduire encore davantage le coût de fonctionnement de chaque installation 10. En outre, un même système de chauffage supérieur 40 peut alors être utilisé par plusieurs installations 10, le système de chauffage supérieur 40 5 pouvant être déplacé d'une installation à une autre. Selon une variante de l'invention, le système de chauffage supérieur 40 est fixe par rapport à l'enceinte 12. Dans ce cas, l'élévateur 18 est, en outre, adapté à déplacer le creuset 24, lorsque celui-ci est en position basse, selon la 10 direction horizontale pour l'amener sous le système de chauffage supérieur 40 lors de l'étape de cristallisation et éventuellement lors de l'étape de fusion. Selon une autre variante de l'invention, pendant l'étape de solidification du silicium fondu et purifié dans le 15 creuset 24, un élément inductif bon conducteur de la chaleur est inséré entre la bobine latérale 28 et le manchon isolant 26. La bobine latérale 28 peut alors être alimentée par une tension alternative de façon à chauffer par induction l'élément inductif qui émet de la chaleur par radiation. Ceci permet de compenser 20 les pertes thermiques latérales du creuset 24. La présente invention comporte de nombreux avantages. Premièrement, les étapes de fusion, de purification et de cristallisation étant réalisées dans une même enceinte, les déplacements du creuset 24 étant en outre réduits au minimum, 25 l'installation 10 peut avoir une structure particulièrement simple et un encombrement réduit. Deuxièmement, les déplacements du creuset 24 sont réduits au maximum puisque seul un déplacement vertical du creuset 24 est réalisé (et éventuellement un déplacement hori- 30 zontal) alors que le silicium est fondu. En particulier, il n'y a pas d'étape de versement du silicium fondu et purifié du creuset 24 vers un autre creuset. On limite ainsi les étapes de manipulations du silicium fondu qui sont toujours délicates à mettre en oeuvre. La forme du creuset 24 peut en outre être 2909990 B8083 17 simplifiée puisqu'il n'est pas nécessaire de prévoir un bec de versement du silicium fondu. La présente invention a été décrite dans le cadre de la fabrication de silicium destiné aux techniques photo- 5 voltaïques. Il est clair qu'elle s'applique également à tout type de matériau semiconducteur pouvant être utilisé pour la réalisation de cellules photovoltaïques. De tels matériaux semi-conducteurs sont, par exemple, l'arséniure de gallium (AsGa) ou le germanium (Ge).

10 Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la purification du silicium fondu peut être réalisée par tout moyen adapté. En particulier, un système d'injection de bulles de gaz réactifs directement dans le 15 silicium fondu peut être utilisé. De plus, l'enceinte 12 peut avoir une forme différente de la forme cylindrique. A titre d'exemple, l'enceinte 12 peut avoir une forme générale parallélépipédique ou sphérique.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Installation (10) de fabrication de blocs d'un matériau semiconducteur, comprenant au moins une enceinte (12) contenant une atmosphère d'au moins un gaz neutre, l'enceinte comprenant : un système de fusion (27, 32, 40) adapté à faire fondre le matériau semiconducteur dans un creuset (24) ; un système de purification (50) adapté à éliminer des impuretés du matériau semiconducteur fondu dans le creuset ; un système de transfert thermique (32) adapté à 10 refroidir la base du creuset et un système de chauffage (40) de la surface libre (63) du matériau semiconducteur fondu et purifié par le système de purification dans le creuset de façon à favoriser la solidification du matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset ; et un système de déplacement (18) du creuset (24) contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié jusqu'au système de chauffage et/ou un système de déplacement du système de chauffage jusqu'au creuset contenant le matériau semi-conducteur fondu et purifié.

2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le système de transfert thermique (32) et le système de chauffage (40) sont adaptés à favoriser la ségrégation d'impuretés lors de la solidification du matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset (24).

3. Installation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le système de chauffage (40) comprend une bobine d'induction (42) et un élément inductif (46) conducteur de la chaleur.

4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de transfert 30 thermique (32) comprend une bobine d'induction (34) et un élément inductif (38) conducteur de la chaleur.

5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un système d'évacuation (60) des 15 20 25 2909990 B8083 19 gaz issus de la purification du silicium fondu dans le creuset (24).

6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de purification (50) 5 comprend une torche à plasma (50).

7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de fusion (27) comprend une bobine d'induction latérale (28) entourant les parois latérales du creuset (24).

8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle un manchon isolant (26) est interposé entre le creuset (24) et la bobine d'induction latérale (28).

9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un écran de protection (54) s'interposant entre le système de fusion (27, 32) et le système de purification (50) et adapté à délimiter avec une paroi (52) de l'enceinte (12) un volume de confinement (58) contenant le système de purification, l'écran de protection comportant un orifice (56) en vis-à-vis duquel est destinée à être placée la surface libre (63) du matériau semiconducteur fondu par le système de fusion lors du fonctionnement du système de purification.

10. Procédé de fabrication de blocs d'un matériau semi-conducteur comprenant les étapes suivantes réalisées dans une enceinte (12) contenant une atmosphère d'au moins un gaz neutre : remplir un creuset (24) du matériau semiconducteur solide ; faire fondre le matériau semiconducteur solide ; éliminer des impuretés du matériau semiconducteur fondu ; déplacer le creuset contenant le matériau semi-conducteur fondu et purifié jusqu'à un système de chauffage (40) de la surface libre (63) du matériau semiconducteur fondu et 2909990 B8083 20 purifié et/ou déplacer le système de chauffage jusqu'au creuset contenant le matériau semiconducteur fondu et purifié ; et refroidir le matériau semiconducteur pour solidifier le matériau semiconducteur fondu et purifié dans le creuset.