Brevet FR2401520A1 — publié le 19790323

L'invention concerne un procédé de preparation d'une homojonction dans un substrat semiconducteur, entre des régions de conductivité différente, et d'une heterostructure à la surface dudit substrat ; l'invention concerne également les dispositifs semiconducteurs obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé Plus particulierement, l'invention se réfère au dépôt d'une couche d'oxyde sur un substrat semiconducteur, en vue d'obtenir des dispositifs du type à hétrostructure t tels que, par exemple, des photodiodes, des cellules solaires... Dans des dispositifs du genre mentionné ci-dessus, et réalisés selon l'art antérieur, la couche d'oxyde joue généralement le rôle d'une couche transparente et antireflectrice. Selon la demande de brevet Nb 2.275.030, déposée en France le 12 Juin 1975, sous priorité des Pays-Bas du 12 Juin 19741 il est connu de déposer sur un substrat semiconducteur une couche d'oxyde d'indium, dopé à l'aide d'étain, afin de constituer une connexion ohmique avec la région sous-jacente du substrat - La couche déposée est alors également transparente, antireflectrice et électroconductrice - Cette réalisation permet d'éviter notamment le photodécapage de la couche déposée en certaines régions en vue d'obtenir des contacts métalliques Selon les enseignements de cette demande, une telle couche d'oxyde d'indium dopé a l'aide d'étain, est déposée sur un substrat semiconducteur, tel que par exemple du silicium, dans lequel a e'été formé préalablement une homojonction de façon usuelle, à savoir par diffusion, implantation d'ions ou épitaxie. L'invention vise entre autres a fournir un procédé de réalisation plus simple ; elle est basée sur l'idée que cette re- alisation peut être notablement simplifiée lorsque l'homojonction est automatiquement formée dans le substrat semiconducteur, par diffusion d'impuretés contenues dans la couche déposée. Le brevet des Etats-Unis Ne 2.794.846, déposé le 28 Juin 1955, décrit un procédé de dopage d'un corps semiconducteur, utilisant une technique analogue de diffusion solide - solide. Selon ce brevet, une glaçure transparente contenant un composé de l'impureté de dopage, tel que par exemple P205 ou B2 3 est appliqué sur un substrat semiconducteur, par exemple du silicium, et par diffusion des atomes de phosphore ou de bore à partir de la glaçure dans le silicium, il se forme une couche de type de conductivité différent dans le silicium. Mais, la couche déposée selon les enseignements de ce brevet ne possède pas les avantages inhérents à celle obtenue à partir d'oxyde d'indium, dopé à l'étain, puisque non électroconductrice. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de réaliser un procédé suivant lequel la formation automatique d'une homojonction, en série avec une hétérostructure comportant une couche transparente et électroconductrice, peut entre obtenue par un seul et même procédé. Conformément à l'invention, ledit procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes qui consistent a - déposer une couche d'oxyde d'indium, dopé à l'aide d'étain et d'impuretés donatrices ou acceptrices d'électrons, suivant le type de structure envisagé, pour former ladite hétérostructure à la surface dudit substrat, - et chauffer l'ensemble, de telle sorte que les impuretés diffusent à l'intérieur dudit substrat, pour y former ladite homojonction. Un tel procédé permet d'éviter l'étape antérieure de dopage, puisque la couche déposée contient des impuretés dopantes, aptes à diffuser dans le substrat par simple chauffage. Selon une réalisation préférentielle, la teneur en étain se situe entre 0,01 et o,o4, exprimée suivant le rapport respectif des poids de l'étain par rapport à l'indium. Des valeurs aussi faibles en étain permettent ainsi d'obtenir de faibles résistances par surface carrée, donc de minimiser la résistance de la couche déposée. Lors du dépôt sur un substrat semiconducteur, les impuretés sont choisies suivant le type de conductivité dudit substrat parmi le groupe des impuretés donatrices (P, As, Sb..) ou acceptriceps d'électrons (B, AI, Ga...), afin d'y réaliser par diffusion une homojonction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description ci-après, faite en référence aux figures annexées qui représentent à la figure I, un dispositif semiconducteur obtenu conformément aux enseignements de l'invention et à la figure 2, une variante, avec dép-t sur les deux faces. La figure 1 annexée montre un dispositif semiconducteur pris pour exemple de mise en oeuvre de l'invention. il comprend un corps semiconducteur 1, par exemple silicium de type de conductivité p, sur une face duquel a été déposée une couche 2 d1o- xyde d'indium dopé à l'étain, et contenant en outre diverses impuretés, choisies parmi le groupe des impuretés donatrices (P, As, Sb...) afin de modifier ultérieurement le type de conductivité du substrat de manière à y produire par diffusion une homojonction n/p. D'une manière équivalente, pour un substrat de silicium de type de conductivité -n, la couche 2 contiendrait également diverses impuretés choisies dans le groupe des impuretés acceptrices (B, AI, Qa...> . Le dépôt de cette couche peut s'effectuer selon plusieurs méthodes connues, mais préférentiellement par pulvérisation chimique, cette méthode présentant l'avantage d'offrir la possibilité de ne traiter qu'une seule face à la fois. Une telle couche d'oxyde d'indium, dopé à l'étain, se comporte comme un semiconducteur dégénéré de type de conductivité n, de faible mobilité mais d'une grande concentration des porteurs. L'oxyde d'étain se présente donc comme une impureté donatrice, dans l'oxyde d'indium. L'épaisseur de cette couche d'oxyde transparente doit être suffisamment importante, généralement de l'ordre de 700 à 800 A pour agir comme une couche antiréflectrice vis à vis de rayonnements compris dans le spectre solaire. Lors du dépôt de cette couche sur une des faces du substrat, il se forme donc initialement une hêtérojonction 3, entre le silicium de type de conductivité p, et la couche d'oxyde d'indium, dopé à l'étain, de type de conductivité n+. Conformément à l'invention, l'on soumet alors l'ensemble à un chauffage, de telle sorte que les impuretés contenues initialement dans la couche d'oxyde d'indium, diffusent à l'intérieur du substrat de silicium, pour y former une homojonction 4, ainsi que représentée en traits pointillés sur la figure ci-annexée. La profondeur de cette homojonction 4 dépend de la vitesse de diffusion des impuretés, pour cette température, et du temps pendant lequel on chauffe l'ensemble. La profondeur de cette jonction est généralement inférieure au micron, et varie suivant le type de dispositif envisagé de 0,1 a 0,5 micron.Afin de constituer un réservoir dtimpuretés suffisant, dans la zone 2, de telle manière que, lors de la diffusion solide - solide dans le substrat semiconducteur, il ne se produise pas de chute de concentration superficielle due à un épuisement dudit réservoir, il convient que la partie réservoir de zone présente une épaisseur supérieure à 1/20ème de la profondeur désirée pour l'homojonction ; ainsi, pour une profondeur de l'homojonctioxl de 0,1 à 0,5 micron, la partie réservoir doit avoir une épaisseur comprise entre 50 A et 250 . Comme la couche déposée 2 d'oxyde d'indium, dopé à l'étain doit présenter une épaisseur voisine de 750 k pour être antiréflectrice, celle-ci ne contiendra des impuretés que partiellement, dans une faible épaisseur, en contact avec le substrat à doper.Ceci diminuera donc de façon appréciable la perturbation apportée par ces impuretés, notamment quant aux propriétés de résistivité de ladi# c#uche. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, la teneur en étain se situe entre 0,01 et 0,04, exprimée suivant le rapport respectif des poids de la étain par rapport a'à l'indium. De cette maniere, on obtient de faibles résistances par surface carrée, et il est Sors possible d'appliquer directement un contact métallique a' la surface de la couche d'oxyde d'indium. Dans le cadre des applications aux cellules solaires, on dépose habituellement sur la face avant de la cellule un peigne métallique de façon connue en soit, afin de collecter les porteurs de charges. Ce peigne de référence 6, à la figure l. est réalisé généralement par une bicouche titane-argent, déposée par évaporation; il est connu également de le déposer par sérigraphie, sous la forme d'une pâte conductrice, à base d'argent. Le contact arrière se realise également de façon connue, par exemple, par dépôt par sérigraphie # ad'une couche 7 d'aluminium dissout dans un solvant organique temporaire approprié. La cuisson de cette pâte s'effectue alors a' une température légèrement supérieure à 575 OC, point eutectique Al - Si.Par suite de la diffusion d'aluminiuml dans le silicium, le contact s'effectue ainsi sur une couche de type de conductivité p+, ce qui permet d'assurer, d'une part, une bonne ohmicité audit contact, d'autre part, une structure favorable à la cellule solaire, structure du type#n+/p/p+. Selon une variante de l'invention, dans le cas d'une structure préférentielle du type n+/p/p+, telle que représentée à la figure 2, qui présente les mêmes références pour les élé- ments identiques à ceux de la figur#e précédente, le contact ar rière peut être obtenu également par mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Une couche 8 d'épaisseur faible de l'ordre de 100 à 300 , d'oxyde d'indium dopé à l'aide d'étain, et contenant en outre des impuretés acceptrices d'électrons (B, Al, (Ga...), est déposée par exemple par pulvérisation chimique, sur la face ar riere 9. Par simple chauffage, les impuretés diffuseront dans le substrat de silicium 1, de type de conductivité p, pour y former une zone 11 de type de conductivité p+, limitée par une homojonction isotype 10. Une couche métallique 12, réalisée par exemple par sérigraphie d'une pâte à l'argent permet alors d'as- surer un contact ohmique. Le choix de la méthode de dépôt, par pulvérisation chimique, trouve ici un intérêt certain, puisqu'il permet d'effectuer un dépôt différent sur les deux faces de la cellule, sans présenter d'incompatibilité. L'étape ultérieure de chauffage, qui peut s'effectuer à une température aussi élevée que 850 C, alors que la pulvérisation chimique 'effectue à une température soi- sine de 5500C, peut entre conimune pour les deux couches, si les impuretés présentent des vitesses de diffusion à cette température compatibles avec les profondeurs désirées pour les homojonctions 4 et 10. Il est bien évident pour l'homme de l'art que la description et les dessins ci-annexés ne sont nullement limitatifs, et que toute variante non essentielle est comprise dans le cadre de la présente invention RE###NI > ZCkTI0NS : l. Procédé de préparation d'une homojonction dans un substrat semiconducteur, entre des régions de conductivité différente et d'une hétérostructure à la surface dudit substrat, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes qui consistent a' : - déposer une couche d'oxyde d'indium, dopé à l'aide d'étain et d'impuretés donatrices ou acceptrices d'électrons suivant le type de structure envisagé, pour former ladite hétérostructure a' la surface dudit substrat t - et chauffer l'ensemble de telle sorte que les impuretés diffusent à l'intérieur dudit substrat, pour y former ladite homojonction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en étain se situe entre 0,01 et 0,04 exprimée suivant le rapport respectif des poids. 3. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur est du silicium. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les impuretés choisies sont des impuretés donatrices du groupe P, As, Sb. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les impuretés choisies sont des impuretés acceptrices du groupe B, Ai, Ga. 6 Procédé selon l'une des revendications l à 5, caractérisé en ce que l'on effectue un dépôt d'oxyde d'indium convenablement dopé, par pulvérisation chimique à une température voisine de 5000C, puis l'on chauffe l'ensemble à une température aussi élevée que 8500C afin d'effectuer la diffusion des impuretés à l'intérieur du substrat. 7. Dispositif semiconducteur, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Dispositif semiconducteur, comportant un"premier déport sur une première face selon le procédé de la revendication 4, et un second dépôt sur une seconde face, opposée a' la première, selon le procédé de la revendication 5, alors que l'étape de cuisson peut être commune pour les deux déports.