Brevet FR3059463A1 — publié le 20180601

STRUCTURE ET PROCEDE DE PASSIVATION Domaine technique L'invention se rapporte au domaine technique de la passivation d'une surface d'un substrat à base de silicium cristallin. L'invention trouve notamment son application dans la fabrication de cellules photovoltaïques. Etat de la technique antérieure Il est connu de l'état de la technique d'utiliser une couche d'alumine pour passiver une surface d'un substrat à base de silicium cristallin. La couche d'alumine présente généralement une épaisseur supérieure ou égale à 20 nm, et est stable lorsqu'elle est soumise à un traitement thermique à une température comprise entre 300°C et 600°C pendant quelques minutes. En revanche, la couche d'alumine ne peut supporter de hautes températures très longtemps sans se dégrader. Par exemple, un traitement thermique supérieur à 800°C ne doit pas excéder quelques secondes. Une couche d'alumine est très efficace pour passiver une surface d'un substrat à base de silicium cristallin en termes de réduction de la densité de défauts d'interface (Dit pour «Interface Trap Level Density» exprimée en cm) mais est difficilement utilisable en l'état en combinaison avec un traitement thermique du bore (lié à une implantation ou une diffusion) qui implique des températures comprises entre 850°C et 1050°C. Exposé de l'invention L'invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, 25 l'invention a pour objet une structure pour passiver une surface d'un substrat à base de silicium cristallin, comportant : - une première couche, à base d'alumine, destinée à être formée à la surface du substrat, et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; - une deuxième couche, à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly Selon une caractéristique de l'invention, la première couche présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. Ainsi, une telle gamme d'épaisseur donne les meilleurs résultats en termes de sur-dopage du silicium en impuretés dopantes de type p, se manifestant par une faible résistance 30 électrique à la surface du substrat. Selon une caractéristique de l'invention, la structure comporte une troisième couche, à base d'un nitrure de silicium SiN de préférence hydrogéné, formée sur la deuxième couche. 3059463 3 Ainsi, un avantage procuré est d'améliorer la passivation de la surface du substrat, et d'empêcher l'exo-diffusion des atomes de bore. En outre, une telle troisième couche en combinaison avec une couche d'alumine d'épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm donne les meilleurs résultats en termes de gain pour la tension en circuit ouvert (Voc), de l'ordre de 10 5 mV, par rapport à un empilement SiON :B / SiN :H sans alumine. Selon une caractéristique de l'invention, les atomes de bore présentent une proportion atomique dans la deuxième couche comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%. 10 Ainsi, de telles proportions atomiques permettent de former une région semi-conductrice dopée, sous la surface du substrat, destinée à être en contact avec une électrode, de bonne qualité, c'est-à-dire avec une concentration atomique surfacique supérieure à 10" at.cm-3. Selon une caractéristique de l'invention, la deuxième couche présente une épaisseur 15 comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 35 nm. Ainsi, un avantage procuré est d'allier une bonne qualité de passivation et une faible consommation de matière. L'invention a également pour objet un procédé pour passiver une surface d'un substrat à 20 base de silicium cristallin, comportant les étapes : a) former une première couche, à base d'alumine, à la surface du substrat et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; b) former une deuxième couche, à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Cly REVENDICATIONS1. Structure (1) pour passiver une surface (20) d'un substrat (2) à base de silicium cristallin, comportant : - une première couche (3), à base d'alumine, destinée à être formée à la surface (20) du substrat (2), et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; - une deuxième couche (4), à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly 2. Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle la première couche (3) présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. 3. Structure (1) selon la revendication 1 ou 2, comportant une troisième couche (5), à base d'un nitrure de silicium SiN de préférence hydrogéné, formée sur la deuxième couche (4). 4. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les atomes de bore présentent une proportion atomique dans la deuxième couche (4) comprise entre 10% et 50%, de préférence comprise entre 10% et 30%. 5. Structure (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la deuxième couche (4) présente une épaisseur comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 35 nm. 6. Procédé pour passiver une surface (20) d'un substrat (2) à base de silicium cristallin, 25 comportant les étapes : a) former une première couche (3), à base d'alumine, à la surface (20) du substrat (2) et présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm ; b) former une deuxième couche (4), à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape c) est exécutée en appliquant un recuit thermique, à une température de recuit comprise entre 850°C et 1050°C pendant une durée de recuit comprise entre 10 minutes et 1 heure. 5 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que la première couche (3) présente une épaisseur comprise entre 2 nm et 10 nm. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, comportant une étape b1) consistant à former une troisième couche (5), à base d'un nitrure de silicium SiN de préférence hydrogéné, 10 sur la deuxième couche (4) ; l'étape b1) étant exécutée avant l'étape c). 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel les première et deuxième couches (3, 4) sont conservées après l'étape c). 15 11. Cellule photovoltaïque, comportant : - un substrat (2) à base de silicium cristallin, présentant une surface (20) ; - une première couche (3), à base d'alumine, formée à la surface (20) du substrat (2), présentant une épaisseur strictement inférieure à 20 nm, et comprenant des atomes de bore dans une proportion résiduelle ; 20 - une deuxième couche (4), à base d'un oxynitrure de silicium SiO.Ny vérifiant Gly