Brevet FR3040822A1 — publié le 20170310

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine de la fabrication de dispositifs à jonction électronique sur substrat cristallin, utilisés 5 notamment dans les cellules photovoltaïques ou dans des dispositifs microélectroniques. Elle concerne plus particulièrement la fabrication de dispositifs microélectroniques ou de cellules solaires à hétérojonction sur substrat de silicium cristallin, ci-après désigné aussi par la formule c-Si. 10 Elle concerne en particulier la passivation de surface du silicium cristallin, et l'amélioration de la tenue en température d'un dispositif électronique à base de silicium cristallin comprenant une structure de passivation de surface. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Le silicium cristallin, en particulier le silicium mono- ou poly-cristallin, est 15 le matériau le plus utilisé pour la fabrication de circuits intégrés en microélectronique, de dispositifs opto-électroniques ou de cellules solaires à haut rendement. La passivation de surface du silicium cristallin a pour objet de réduire la densité des défauts de surface. 20 On connaît notamment du document A.G. Aberle « Surface passivation of crystalline silicon solar cells: A review », Prog. Photovolt. : Res. Appl., 2000, 8, pages 473-487, différentes méthodes de passivation de surface appliquées pour la fabrication de cellules solaires à base de silicium cristallin. Une première méthode de passivation consiste à former une couche 25 d'oxyde thermique en surface du c-Si. L'oxyde thermique permet une excellente passivation de surface mais requiert une température élevée d'environ 1000°C. D'autres méthodes de passivation à basse température ( REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique, le dispositif à jonction électronique (3) comprenant une structure de passivation de surface (10, 20) en couche mince sur une surface (1, 2) d'un substrat (4) de silicium cristallin, la structure de passivation de surface (10, 20) ayant une épaisseur déterminée et comprenant au moins une couche mince (11, 12, 21, 22) d'un silicium hydrogéné amorphe ou microcristallin, caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : a) irradiation ionique de la structure de passivation de surface (10, 20) par un faisceau d'ions (30) ayant une énergie dans une gamme comprise entre 100 eV et 50 keV et une fluence dans une gamme comprise entre 1010 et 1020 ions/cm2, l'énergie et la fluence dudit faisceau d'ions (30) étant adaptées en fonction de l'épaisseur de la structure de passivation de surface (10, 20) pour générer un profil de défauts ayant une concentration déterminée et limité en profondeur à ladite structure de passivation de surface (10, 20) et/ou à l'interface entre ledit substrat (4) et ladite structure de passivation de surface (10, 20) et tout en évitant de générer des défauts dans le substrat cristallin (4) ; et b) suite à l'étape a) d'irradiation ionique, recuit thermique du substrat (4) et de la structure de passivation de surface (10, 20), à une température comprise dans une gamme s'étendant de 175°C à 530°C 2. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon la revendication 1, dans lequel le faisceau d'ions (30) est formé d'ions d'un gaz noble. 3. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon la revendication 1, dans lequel le faisceau d'ions (30) est formé d'ions d'un élément chimique non-dopant pour la structure de passivation de surface (10, 20) en couche mince et adapté à modifier le gap de ladite au moins une couche mince (11, 12, 21, 22) d'un silicium hydrogéné amorphe ou microcristallin lorsqu'implanté dans cette couche. 4. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon la revendication 1, dans lequel le faisceau d'ions (30) est formé d'ions d'un élément chimique dopant pour la structure de passivation de surface (10, 20) en couche mince. 3040822 24 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape a) d'irradiation ionique comporte une implantation d'ions par un implanteur ionique (5) à balayage de faisceau, ou une implantation d'ions par canon à ions, ou une exposition à un 5 plasma de bombardement ionique, ou une implantation d'ions par immersion plasma. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape a) d'irradiation ionique est réalisée à une température inférieure ou égale à 400 °C. 10 7. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ladite au moins une couche mince (11, 12, 21, 22) d'un silicium hydrogéné amorphe ou microcristallin comprend une couche mince d'un silicium hydrogéné amorphe ou microcristallin intrinsèque, une couche mince d'un silicium hydrogéné amorphe ou microcristallin dopé de type n 15 ou p, une couche mince d'un nitrure de silicium hydrogéné, d'un oxyde de silicium hydrogéné, d'un alliage silicium-carbone amorphe hydrogéné, d'un alliage silicium-germanium hydrogéné, d'un silicium microcristallin hydrogéné et/ou d'un alliage de silicium microcristallin hydrogéné ou un empilement quelconque d'une pluralité de ces couches minces. 20 8. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape b) de recuit thermique est effectuée en présence d'un mélange de dihydrogène gazeux et d'au moins un gaz neutre. 9. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon 25 l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la durée de l'étape b) de recuit thermique est comprise entre 5 minutes et 1 heure. 10. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'étape b) de recuit thermique comporte plusieurs cycles de recuit thermique. 30 11. Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant en outre, après l'étape a), une étape supplémentaire de formation d'une électrode de contact sur la structure de passivation de surface (10, 20) à une température supérieure ou égale à environ 150°C. 3040822 25 12. Dispositif à jonction électronique (3) comprenant : a) un substrat (4) de silicium cristallin ; b) une structure de passivation de surface (10, 20) en couche mince comprenant au moins une couche mince (11, 12, 21, 22) d'un silicium hydrogéné 5 amorphe ou microcristallin sur une surface du substrat de silicium cristallin; le dispositif de jonction électronique (3) étant recuit thermiquement, dans une gamme de température comprise entre 175°C et 530 °C,après irradiation ionique de la structure de passivation de surface (10, 20) à une énergie dans une gamme comprise entre 100 eV et 50 keV et à une fluence dans une gamme comprise 10 entre 1010 et 1020 ions/cm2, l'énergie et la fluence étant adaptées en fonction d'une épaisseur et d'un dopage de ladite structure de passivation de surface (10, 20), le dispositif à jonction électronique (3) présentant une durée de vie des porteurs minoritaires après irradiation et recuit thermique plus grande que pour un dispositif à jonction électronique analogue sans irradiation ionique.