Brevet FR2437699A1 — publié le 19800425

La présente invention concerne une structure de semiconducteur de silicium utilisable dans les piles solaires; elle a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle structure. Une structure de semi-conducteur au silicium est constituée seLon l'invention, d'un substrat en céramique, d'une première couche de silicium cristallin à gros grain déposée sur le substrat, et d'une seconde couche au silicium cristallin à gros grain, déposée par épitaxie sur la première couche. Selon une caractéristique de l'invention, la première couche est plus fortement-dopée que la seconde couche de façon à créer une interface conductrice sous la seconde couche. Le procédé conforme à l'invention, de formation de ladite structure est caractérisé en ce qu'on développe la première couche sur le substrat en le mettant en contact avec du silicium fondu, et que l'on fait croire la seconde couche par épitaxie à l'aide du dépit d'une vapeur chimique sur la première couche. La première couche plus fortement dopée a une très faible résistance de feuille, produisant ainsi une meilleure couche arrière de contact (c'est-à-dire, une interface conductrice sous la couche épitaxiale) La couche de silicium développée par épitaxie et qui présente une forte résistivité, est alors utilisée pour fabriquer des piles solaires. Dans cette nouvelle structure, la première couche plus fortement dopée peut etre beaucoup plus mince (NLO,um) que la couche revetue au trempé décrite dans le brevet US 4 112 135 selon lequel l'épaisseur préférée était indiquée comme étant de 70 à 100/um. La première couche plus fortement dopée procure les pellicules désirées de silicium polycristallin à gros grain.Ladite première couche fournit également un champ de surface arrière pour des piles solaires faites de la couche épitaxiale légèrement dopée. Le champ de surface arrière est apparu comme augmentant l'efficacité de conversion ou transformation des piles solaires. A titre d'exemple, on a décrit ci-après un mode de réalisation de l'invention, en se référant au dessin annexé dans lequel Fig. 1 est une vue en-coupe d'une structure de semiconducteur au silicium conforme à l'invention; Fig. 2 est une vue schématique de la face inférieure du substrat de la structure de fig. 1, ce substrat comportant des fentes et étant revêtu comme on le voit à la fig. 1; Fig. 3 est une autre vue en coupe suivant la flèche 3 d'une partie de fig. 2. Comme on le voit à la fig. 1, une feuille d'un substrat en céramique 10, telle que de la mullite, porte un revêtement de carbone 11 sur une de ses faces, puis d'une couche silicium sur céramique (SOC) 12 de silicium cristallin. Par silicium cristallin, on entend ici un silicium polycristallin à gros grain ou un silicium monocristallin. "Cristallin à gros grain" signifie que la grosseur des grains est substantiellement supérieure à l'épaisseur de la couche. Dans le brevet US mentionné ci-dessus, on décrit un tel substrat de céramique revêtu au trempé d'une couche de silicium polycristallin à gros grain, utilisable comme piles solaires ou autres analogues, et l'on y cite des grosseurs de grain de 1,5 mm.Comme les céramiques, lorsqu'elles sont trempées avec du silicium fondu ou mises en contact avec lui, par tout autre moyen, ne sont pas mouillées par le silicium, l'application d'un revêtement de carbone sur la surface de la céramique à revêtir de silicium, constitue une première opération pour rendre la surface de la céramique mouillable par le silicium fondu, ce qui donne la couche au trempé 12. Une couche épitaxiale de silicium 13 est ensuite développée par dépôt d'une vapeur chimique (CVD) sur la couche SOC 12, et la nouvelle couche épitaxiale 13 est alors utilisée pour fabriquer les piles solaires. Le terme "épitaxie" signifie que l'on fait une couche de silicium sur un substrat de silicium existant, de manière à reproduire sensiblement la structure cristalline du substrat de si licium.L'avantage général est que cette couche épitaxiale peut avoir une pureté supérieure à celle du substrat de silicium. Le taux d'impureté peut également être facilement réglé pendant le dépôt, afin de créer un champ incorporé qui augmenterait la longueur de diffusion du porteur minoritaire, dans la région de base. Les procédés fondamentaux et les applications de l'épitaxie dans la technologie du silicium sont décrits dans les chapitres 8 à 11 de "Fundamentals of Silicon Integrated Device Technology", volume 1, Oxidation, Diffusion and Epitaxy, édité par R.M. Burger et R.P. Donovan, Prentice-Haîl, New Jersey (1967). La structure décrite présente un certain nombre d'a vantages. Elle permet d'obtenir une performance plus élevée des piles solaires a un cout minimal, en fournissant un matériau de pile solaire de silicium à gros grain (épi/CVD) très pur, combiné avec une couche de silicium formant champ de surface arrière, déposée sur un substrat bon marché (SOC). La structure décrite dans le brevet US précité pose plusieurs problèmes, l'un étant que les impuretés provenant du substrat de céramique peuvent contaminer la couche de silicium, et l'autre que le substrat de céramique isolant rend difficile le contact électrique avec la couche de base d'une pile solaire. La structure selon l'invention, telle que représentée à la figure 1, procure les avantages précisés ci-après. Dans la réalisation selon l'invention, on désire fournir une interface conductrice au moyen-de la couche de silicium 12 qui est fortement dopée. La couche SOC fortement dopée a une très faible résistance de feuille, conduisant à une faible résistance en série d'une pile solaire. Par exemple, avec 10/ut de matériau SOC dopé au bore à 10 Le fait de pouvoir utiliser une couche SOC plus mince (t NlO/um au lieu de ~ 100/ut), signifie que la vitesse v de développement ou croissance#du procédé SOC peut être considérablement accélérée. On constate que lorsque v augmente, t diminue 2 de manière telle que v t est approximativement constant. La va- leur obtenue pour v2t montre que la vitesse de croissance pourrait être trois fois plus élevée. Ceci rend la croissance de SOC plus économique, compensant pratiquement le coût du procédé CVD. On voit à la figure 2, un certain nombre de fentes formées dans le substrat de céramique. Comme dans la structure de figure 1, le substrat est revêtu de carbone sur la face opposée à celle qui est visible, le substrat revêtu de carbone est plongé dans, ou la surface revêtue de carbone est mise en contact d'une autre façon avec du silicium fondu et lorsque le substrat est sorti du silicium, ou que la surface revêtue de carbone est éloignée progressivement du silicium fondu d'une autre façon, et que la couche de silicium polycristallin à gros grain 12 est appliquée sur la partie de la céramique revêtue de carbone, le silicium forme un pont entre les fentes, ou tend à pénétrer dans les fentes 14 à partir du revêtement vers la face non-revêtue. Le contact électrique peut alors être établi sur le silicium dans les fentes, au moyen d'un revêtement métallique 15, tel que représenté en figure 3, assurant ainsi la communication nécessaire avec la couche 12. Un autre avantage de la structure selon l'invention est qu'il y a moins d'impuretés indésirables dans la couche épitaxiale que dans la couche SOC. Tout d'abord, la couche épitaxiale est légèrement dopée plutôt que fortement dopée, pour rendre maximale la longueur de diffusion du porteur minoritaire sans augmenter la résistance en série de la pile. Deuxièmement, la couche SOC 12 agit comme une barrière de diffusion entre la céramique 10 et la base active de la pile solaire. Comme la couche épitaxiale 10 croit à une température (1000 à 11000C) inférieure à celle de la couche SOC (1410 à 14500C), moins d'impuretés diffusent à partir du substrat. Troisièmement, aucun dopant ne pénètre dans le produit fondu lui-même, lors du procédé épitaxial de dépôt d'une vapeur chimique (CVD). Quatrièmement, les sources de gaz utilisées pour le procédé CVD peuvent être plus pures que le matériau de départ polycristallin dans le procéde SOC. Les profils d'impuretés peuvent être réglés pendant la croissance épitaxiale. Ceci permet d'utiliser un champ incorporé qui peut améliorer la longueur efficace. A la figure 1 on a représenté une couche épitaxiale ayant une épaisseur de l'ordre de 10 à 100/um. Cette épaisseur peut être réglée a volonté. Un autre avantage de la structure selon l'invention est que la couche SOC P+, sous la couche active de type P, développée par épitaxie, forme un contact arrière P P+ qui se traduit par un champ de surface arrière (BSF) qui diminue la recombinaison du porteur minoritaire sur la surface arrière et augmente le potentiel de contact et par suite la tension du circuit ouvert de la pile. REVENDICATIONS 1. Structure de semi-conducteur de silicium,8caracté- risée en ce qu'elle consiste en un substrat de céramique, une première couche de silicium cristallin à gros grain formée sur le substrat, et une seconde couche de silicium épitaxial à gros grain formée sur la première couche. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première couche est plus fortement dopée que la seconde couche, de manière à créer une interface conductrice sous la seconde couche. 3. Structure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le substrat est d'un type non mouillé par le silicium fondu, et que le substrat comprend une couche de carbone appliquée entre le matériau céramique et la première couche. 4. Structure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première couche a une faible résistivité. 5. Structure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le substrat comporte des ouvertures dans son épaisseur, que la première couche couvre les ouvertures et que le contact électrique est établi avec la première couche au moyen de ces ouvertures. 6. Structure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le substrat a un coefficient de dilatation thermique voisin de celui du silicium. 7. Procédé de fabrication de la structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche est développée sur le substrat par contact du substrat avec du silicium fondu, et que la seconde couche est développée épitaxialement par dépôt d'une vapeur chimique sur la première couche.