Brevet FR3055563A1 — publié le 20180309

PROCÉDÉ DE TRI DE PLAQUETTES EN SILICIUM EN FONCTION DE LEUR DURÉE DE VIE VOLUMIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de tri de plaquettes en silicium, mis en oeuvre après leur découpage dans un lingot et avant qu'elles ne soient utilisées pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, tels que des cellules photovoltaïques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Environ 10 % à 20 % des plaquettes en silicium monocristallin obtenues par le procédé de tirage Czochralski sont incompatibles avec la fabrication de cellules photovoltaïques à haut rendement. En effet, ces plaquettes contiennent des défauts qui limitent la durée de vie des porteurs de charge photogénérés et conduisent à des diminutions de rendement pouvant atteindre 4 % (absolus). Parmi les défauts qui limitent la durée de vie, on peut citer les donneurs thermiques (DT). Les donneurs thermiques sont des agglomérats créés à partir de l'oxygène interstitiel contenu dans le silicium (i.e. les atomes d'oxygène occupent des positions interstitielles dans le réseau cristallin). Ils se forment lors du tirage du lingot, lorsque la température de silicium est comprise entre 350 °C et 500 °C. Les plaquettes dont la concentration en donneurs thermiques est la plus élevée et dont le rendement risque par conséquent d'être limité sont généralement situées dans la partie haute du lingot, appelée également tête du lingot. Cela s'explique d'une part par le fait que la partie haute du lingot (i.e. la partie du lingot cristallisée en premier) contient une plus grande quantité d'oxygène, et d'autre part, par le fait qu'elle subit un refroidissement plus lent que la partie basse du lingot (cristallisée en dernier). En effet, elle reste en contact thermique avec le bain de silicium fondu pendant toute la durée du tirage. La durée pendant laquelle la température du silicium se situe dans la plage de formation des donneurs thermiques (350 °C-500 °Ç est donc plus importante pour 3055563 2 la partie haute du lingot que pour sa partie basse. Les donneurs thermiques sont détruits lors d'un traitement thermique à une température supérieure ou égale à 600 °C. Les cellules photovoltaïques à 5 homojonction, dont le procédé de fabrication fait appel à de tels traitements thermiques, ne contiennent donc (quasiment) plus de donneurs thermiques et leur rendement n'est pas diminué. Par contre, les procédés de fabrication de cellules photovoltaïques à basse température ( REVENDICATIONS1. Procédé de tri de plaquettes obtenues par découpage d'un lingot en silicium monocristallin de type Czochralski, le procédé étant mis en oeuvre lorsque les 5 plaquettes sont dans un état brut de découpe ou dans un état de mise en forme de leur surface et comprenant les étapes suivantes : a) mesurer (S1) la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) dans une zone au moins de chaque plaquette ; b) calculer (S2) la concentration en donneurs thermiques ([DT]) dans ladite zone 10 de chaque plaquette, à partir de la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) ; c) calculer (S3) la durée de vie des porteurs de charge limitée par les donneurs thermiques (tDT) dans ladite zone de chaque plaquette, à partir de la concentration en donneurs thermiques ([DT]) ; 15 d) déterminer (S4) une valeur de durée de vie volumique (rbulk) des porteurs de charge dans chaque plaquette, à partir de la durée de vie limitée par les donneurs thermiques (TD-r) ; e) comparer (S5) la valeur de durée de vie volumique (Tboik) ou une valeur normalisée de la durée de vie volumique à une valeur seuil ('uim) ; et 20 f) écarter (S6) la plaquette lorsque la valeur de durée de vie volumique (Te) ou la valeur normalisée de la durée de vie volumique est inférieure à la valeur seuil (mirn). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite zone de chaque plaquette est 25 éloignée des bords de la plaquette d'une distance supérieure à 5 mm. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite zone de chaque plaquette est située au centre de la plaquette. 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape de calcul de la durée de vie des porteurs de charge limitée par des 305 5 563 29 mécanismes de recombinaison intrinsèques (Tint) dans ladite zone de chaque plaquette, la valeur de durée de vie volumique (CbuIk) étant en outre déterminée à partir de la durée de vie limitée par les mécanismes de recombinaison intrinsèques (tint). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la concentration en porteurs de charge libres (no, po) dans ladite zone est obtenue à partir d'une mesure de photoluminescence de la plaquette. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'épaisseur des plaquettes est inférieure à 580 pm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les étapes a) à d) sont mises en oeuvre dans plusieurs zones de chaque plaquette, d'où il résulte une pluralité de valeurs de durée de vie volumique pour chaque plaquette, le procédé comprenant en outre une étape de détermination, parmi la pluralité de valeurs de durée de vie volumique, d'une valeur minimale de durée de vie, ladite valeur minimale étant comparée à la valeur seuil à l'étape e). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre, lorsque les plaquettes contiennent des dopants, une étape de mesure de la concentration en dopants (Nd, Na) de chaque plaquette, la concentration en donneurs thermiques ([DT]) dans ladite zone de chaque plaquette étant calculée à l'étape b) à partir de la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) et de la concentration en dopants (Nd, Na). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la concentration en dopants (Nd, Na) de chaque plaquette est obtenue par une mesure de la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) dans une zone située au voisinage immédiat d'un bord de la plaquette. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) dans la zone située au voisinage immédiat du bord de la plaquette est dérivée d'une mesure de photoluminescence. 3055563 30 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les plaquettes sont dopées de type n. 5 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la valeur normalisée de la durée de vie volumique est calculée à partir de la valeur de durée de vie volumique (Cbolk) obtenue à l'étape d) et d'une valeur de résistivité de la plaquette. 13. Procédé de tri de plaquettes obtenues par découpage d'un lingot en silicium 10 monocristallin de type Czochralski contenant des dopants de type p, le procédé étant mis en oeuvre lorsque les plaquettes sont dans un état brut de découpe ou dans un état de mise en forme de leur surface et comprenant les étapes suivantes : - effectuer des mesures d'un paramètre représentatif de la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no/po) sur chaque plaquette, les mesures 15 étant réparties entre un bord et le centre de la plaquette ; - déterminer si ledit paramètre diminue de façon continue entre le bord et le centre de chaque plaquette ; et lorsque ledit paramètre diminue de façon continue, les étapes suivantes : a) mesurer (S1) la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) 20 dans une zone au moins de la plaquette ; b) calculer (S2) la concentration en donneurs thermiques ([DT]) dans ladite zone de la plaquette, à partir de la concentration en porteurs de charge libres majoritaires (no, po) ; c) calculer (S3) la durée de vie des porteurs de charge limitée par les donneurs 25 thermiques (Tc-r) dans ladite zone de la plaquette, à partir de la concentration en donneurs thermiques ([DT]) ; d) déterminer (S4) une valeur de durée de vie volumique (Cbolk) des porteurs de charge dans la plaquette, à partir de la durée de vie limitée par les donneurs thermiques (Tc-r) ; 30 e) comparer (S5) la valeur de durée de vie volumique (Cbolk) à une première valeur seuil ('uim) ; f) écarter (S6) la plaquette lorsque la valeur de durée de vie volumique (Te) est 3055563 31 inférieure à la première valeur seuil (mim) ; et lorsque ledit paramètre ne diminue pas de façon continue, les étapes suivantes : - déterminer une variation relative (AlpL) dudit paramètre entre le minimum (A) dudit paramètre et une valeur dudit paramètre au centre (B) de la plaquette ; 5 - comparer la variation relative (AlpL) dudit paramètre à une deuxième valeur seuil ; - écarter la plaquette lorsque la deuxième variation relative (AlpL) dudit paramètre est supérieure à la deuxième valeur seuil ; - mettre en oeuvre les étapes a) à f) lorsque la variation relative (AlpL) dudit 10 paramètre est inférieure à la deuxième valeur seuil.