Brevet FR3128788A1 — publié le 20230505

Procédé de détermination de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs, procédé de fabrication et dispositif associés Un aspect de l’invention concerne un procédé de détermination de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs dans une chaine de production, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’au moins un substrat témoin comportant une première face et une deuxième face, le procédé comprenant, pour chaque substrat témoin : une étape de caractérisation par photoluminescence de chaque face du substrat témoin en au moins un point de la chaine de production, cette étape de caractérisation comprenant, pour au moins un défaut présent sur le substrat témoin ; une sous-étape de mesure du signal photoluminescent du défaut lorsque la première face du substrat témoin est illuminée de sorte à déterminer une première amplitude associée au défaut mesurée ; une sous-étape de mesure du signal photoluminescent du défaut lorsque la deuxième face du substrat témoin est illuminée de sorte à déterminer une deuxième amplitude associé au défaut mesurée ; la durée de vie des porteurs de charge lors de la caractérisation et/ou la longueur d’onde utilisée lors de la caractérisation étant ajustées de sorte que le contraste de mesure est supérieur à une valeur seuil, le procédé comprenant en outre à partir de la valeur des amplitudes déterminées précédemment : une étape de détermination de la position, surface du le substrat témoin, de sur laquelle est situé chaque défaut considérée lors de l’étape de caractérisation ; à partir de la position associée à chaque défaut présents sur chaque substrat témoin, une étape de détermination de la position associées à chaque défectivité. Procédé de détermination de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs, procédé de fabrication et dispositif associés DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui de la détection des défectivités sur les substrats (par exemple les plaquettes de silicium) d’une chaine de production. La présente invention concerne un procédé de détection de la position d’une défectivité et en particulier un procédé dans lequel, lors de la détection, les durées de vie des porteurs de charges sont faibles dans le substrat. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Lors de la production d’un dispositif électronique, le substrat utilisé pour cette fabrication va être déplacé pour effectuer les différentes étapes du procédé de fabrication. Lors de son transport, le substrat (par exemple, une plaquette de silicium) est en contact avec des éléments de manipulation tels que courroies, préhenseurs à vide, plateaux, etc. Ces contacts peuvent détériorer la surface du substrat en abrasant la surface ou en déposant (voire en incrustant) des contaminants sur cette surface (particules, dépôts divers, etc.). Ces observations s’appliquent également aux substrats après passivation qui peuvent également subir une détérioration due aux manipulations et aux transports (rayures, écrêtage de pyramides ou de texturation, etc.). Dans la suite, les défauts résultant de cette dégradation de surface sont englobés sous le terme « défectivité ». Or, la surface du substrat (avant ou après passivation) est dégradée au niveau de cette défectivité de sorte que toute étape effectuée sur les zones concernées par ces défectivités sera de moindre qualité. Par exemple une couche nanométrique (par exemple déposée par PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition en anglais) ayant pour but de passiver la surface déposée sur ces zones-là sera de moindre qualité (contaminée, mauvaise adhérence, dépôt localement absent, etc.) par rapport une couche de passivation déposée sur une zone sans défectivité. Il convient donc de supprimer ou réduire cette défectivité en optimisant certaines étapes de fabrication. Cette optimisation nécessite d’abord de connaitre la position précise de la ou des défectivités sur le substrat de sorte à identifier l’étape ou les étapes responsables de leur création. Pour se faire, le document P.Tomanek et al., « Detection and Localization of Defects in Monocrystalline Silicon Solar Cell, Advances in Optical Technologies » (2010) propose une méthode de caractérisation de la défectivité par couplage de mesures électriques et optiques. Bien qu’efficace, cette méthode ne peut être réalisée qu’après la mise en place d’un contact électrique au niveau du substrat à caractériser (avec une grille métallique par exemple) ce qui limite son champ d’application. De plus, elle nécessite des manipulations additionnelles du substrat qui pourraient ajouter de la défectivité supplémentaire. Pour finir, sa mise en place dans une chaine de production industrielle demanderait d’importants investissements, cette méthode ne s’appuyant sur aucune caractérisation usuellement utilisée dans l’industrie. De manière alternative, le document Chen et al. « Solar cell surface defect inspection based on multispectral convolutional neural network », J. Intell. Manuf. (2020) propose quant à lui une technique de caractérisation par une analyse multispectrale de la surface du substrat. Cette technique présente l’avantage de ne nécessiter que peu de manipulations et n’ajoute donc pas de défectivité. De plus, elle est rapide, ce qui la rend compatible avec des cadences industrielles. Toutefois, cette caractérisation ne permet l’identification de défauts que s’ils sont sur la surface du substrat et ne permet donc pas d’identifier ceux liés à la présence de contaminants situés sous les couches de passivation par exemple. A l’inverse, la photoluminescence est une technique de caractérisation des défauts éprouvée qui permet l’identification de tous types de défauts. En outre, elle ne nécessite que peu de manipulations et est compatible avec des cadences industrielles. A titre d’illustration, la montre une image de photoluminescence typique d’un substrat ayant subi une dégradation par le système de transport et ayant été successivement passivée par une couche d’environ 10 nm de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H – dépôt PECVD). Sur cette figure, les zones sombres (associées à une faible photoluminescence noté PL sur la ) correspondent aux zones dégradées, alors que les zones claires (associées à une forte photoluminescence) correspondent aux zones où l’état de surface a été préservé et où la passivation est de bonne qualité. Classiquement la longueur d’onde utilisée pour l’excitation des électrons dans le substrat à caractériser est dans le proche infrarouge (environ 900 nm). Cette longueur d’onde a une profondeur de pénétration dans le silicium de l’ordre de 80 µm (la profondeur de pénétration est une donnée statistique qui représente la profondeur à laquelle 63% des photons ont été absorbés). Aussi, dans ce matériau, bien que la photogénération se fasse principalement proche de la surface exposée à la lumière, une part non négligeable se produit plus profondément dans la cellule puisque 37% des photons sont absorbés au-delà de la profondeur de pénétration. De plus, lorsque le matériau utilisé pour la fabrication est de très bonne qualité (c’est le cas notamment pour la fabrication de dispositifs photovoltaïques), la longueur de diffusion des porteurs qui y sont photogénérés est en général très grande devant l’épaisseur du substrat utilisé. Par conséquent, les porteurs photogénérés lors de l’excitation lumineuse ont statistiquement autant de chance de recombiner sur un défaut situé sur la face éclairée que sur un défaut situé sur la face opposée. Aussi, la mise en œuvre de la technique de photoluminescence rend difficile l’identification de la surface (avant ou arrière) du substrat sur laquelle sont situés les défauts. Cette difficulté est illustrée à la qui montre la comparaison d’une première image relative à un défaut en face avant (à gauche) et d’une image relative à un défaut en face arrière (à droite). En outre, cette difficulté devrait aller croissante avec l’évolution technologique qui prévoit une augmentation de la durée de vie des porteurs de charge dans les matériaux ainsi qu’un amincissement des substrats utilisés pour la fabrication des dispositifs semi-conducteurs, par exemple des cellules photovoltaïques. Il existe donc un besoin d’une méthode compatible avec une fabrication industrielle et permettant d’identifier la position (incluant la face) d’une ou plusieurs défectivités sur un substrat dans une chaine de fabrication. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en modulant, lors de la caractérisation, la longueur d’onde utilisée et/ou la durée de vie (et donc la longueur de diffusion) des porteurs de charge dans le substrat témoin utilisé de sorte à pouvoir différentier le signal d’un défaut selon qu’il se situe sur l’une ou l’autre des faces du substrat témoin. Un aspect de l’invention concerne un procédé de détermination de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs dans une chaine de production, le procédé étant mis en œuvre à l’aide d’au moins un substrat témoin comportant une première face et une deuxième face, le procédé comprenant, pour chaque substrat témoin : une étape de caractérisation par photoluminescence de chaque face du substrat témoin en au moins un point de la chaine de production, cette étape de caractérisation comprenant, pour au moins un défaut présent sur le substrat témoin ; une sous-étape de mesure du signal photoluminescent du défaut lorsque la première face du substrat témoin est illuminée de sorte à déterminer une première amplitude associée au défaut mesurée; une sous-étape de mesure du signal photoluminescent du défaut lorsque la deuxième face du substrat témoin est illuminée de sorte à déterminer une deuxième amplitude associé au défaut mesurée. On entend par amplitude le rapport entre le signal mesuré sur une région sans défaut et le signal mesuré sur le défaut. De plus, dans le procédé selon un premier aspect de l’invention, la durée de vie des porteurs de charge lors de la caractérisation et/ou la longueur d’onde utilisée lors de la caractérisation étant ajustées de sorte que le rapport entre l’amplitude la plus élevée et l’amplitude la plus faible, dit contraste de mesure, est supérieur à une valeur seuil, elle-même supérieure ou égale à 1. Le procédé selon un premier aspect de l’invention comprend ensuite : à partir de la valeur des amplitudes déterminées précédemment, une étape de détermination de la position, sur le substrat témoin, de chaque défaut considéré lors de l’étape de caractérisation ; et à partir de la face associée à chaque défaut présent sur chaque substrat témoin, une étape de détermination de la position associée à chaque défectivité. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans un mode de réalisation, une intensité lumineuse supérieure à 20 équivalents soleils est utilisée lors de l’étape de caractérisation de sorte à induire, lors de cette étape, une baisse de la durée de vie des porteurs de charge dans le substrat témoin par augmentation du taux de recombinaison par effet Auger. Dans un mode de réalisation, le substrat témoin est un substrat ayant une faible durée de porteur de charge. Dans un mode de réalisation, la longueur de diffusion des porteurs de charge du substrat témoin lors de l’étape de caractérisation est inférieure à l’épaisseur du substrat témoin. Dans un mode de réalisation, lors de l’étape de caractérisation, l’ajustement de la durée de vie des porteurs de charge et de la longueur d’onde utilisée est effectué en deux phases : une première phase lors de laquelle l’ajustement n’est effectué que sur la durée de vie des porteurs de charge ; et lorsque l’ajustement de la durée de vie des porteurs de charge n’est plus possible et que le contraste est inférieur à la valeur seuil, une deuxième phase durant laquelle l’ajustement est effectué sur la longueur d’onde utilisé. Un deuxième aspect de l’invention concerne Procédé de fabrication d’un dispositif semi-conducteur à l’aide d’une chaine de fabrication (CP), le procédé de fabrication comprenant, en au moins un point de la chaine de fabrication (CP), une étape de mise en œuvre du procédé (100) de détermination de la position d’au moins une défectivité selon un premier aspect de l’invention. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un deuxième aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans un mode de réalisation, le dispositif semi-conducteur est fabriqué à partir d’un substrat à grande durée de vie des porteurs de charge et l’étape de mise en œuvre du procédé selon un premier aspect de l’invention est précédée d’une étape d’introduction, dans la chaine de fabrication, d’au moins un substrat témoin à faible durée de vie des porteurs de charge. Dans un mode de réalisation, le dispositif semi-conducteur est un dispositif photovoltaïque. Un troisième aspect de l’invention concerne un dispositif de détermination par photoluminescence de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs d’une chaine de fabrication comprenant au moins un moyen d’illumination, au moins un moyen d’acquisition et des moyens configurés pour mettre en œuvre un procédé selon un premier aspect ou un deuxième aspect de l’invention Un quatrième aspect de l’invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif selon un troisième aspect de l’invention à exécuter les étapes du procédé selon un premier aspect de l’invention. Un cinquième aspect de l’invention concerne un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon un quatrième aspect de l’invention. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La montre une image par photoluminescence des défauts sur un wafer. La illustre l’absence de différence entre le signal photoluminescent d’un défaut en face avant et ce même signal pour un défaut en face arrière avec les techniques de l’art antérieur. La montre un logigramme d’un procédé selon l’invention. La montre une représentation schématique d’une chaine de production dans laquelle se trouve des substrats témoins pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention. Les et illustrent la mesure de l’atténuation pour un défaut donné pour chaque face d’un substrat témoin. Les et montrent l’évolution du contraste en fonction de la durée de vie des porteurs ( , pour une longueur d’onde de 700 nm) et en fonction de la longueur d’onde ( , pour une durée de vie des porteurs de charge de 10µs). Les à illustrent l’influence de la durée de vie des porteurs de charge, de la longueur d’onde ou du flux lumineux sur le contraste mesuré pour un défaut donné. Les à illustrent le contraste entre le signal photoluminescent d’un défaut en face avant ( ) et ce même signal pour un défaut en face arrière ( ) avec le procédé selon l’invention. La montre une représentation schématique d’un dispositif selon un premier mode de réalisation. La montre une représentation schématique d’un dispositif selon un premier mode de réalisation. Procédé (100) de détermination de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs (SB) dans une chaine de production (CP), le procédé (100) étant mis en œuvre à l’aide d’au moins un substrat témoin (SBT) comportant une première face (FA) et une deuxième face (FR), le procédé (100) comprenant, pour chaque substrat témoin (SBT) : une étape (E1) de caractérisation par photoluminescence de chaque face du substrat témoin (SBT) en au moins un point de la chaine de production (CP), cette étape (E1) de caractérisation comprenant, pour au moins un défaut (DE) présent sur le substrat témoin (SBT) ; une sous-étape (E11) de mesure du signal photoluminescent du défaut (DE) lorsque la première face (FA) du substrat témoin (SBT) est illuminée de sorte à déterminer une première amplitude (A FA ) associée au défaut (DE) mesurée; une sous-étape (E12) de mesure du signal photoluminescent du défaut (DE) lorsque la deuxième face (FR) du substrat témoin (SBT) est illuminée de sorte à déterminer une deuxième amplitude (A FR ) associé au défaut (DE) mesurée ; l’amplitude étant le rapport entre le signal mesuré sur une région sans défaut et le signal mesuré sur le défaut, la durée de vie des porteurs de charge lors de la caractérisation et/ou la longueur d’onde utilisée lors de la caractérisation étant ajustées de sorte que le rapport entre l’amplitude la plus élevée et l’amplitude la plus faible, dit contraste de mesure (C AV/AR ), est supérieur à une valeur seuil, elle-même supérieure ou égale à 1 ; à partir de la valeur des amplitudes déterminées précédemment, une étape (E2) de détermination de la position, sur chaque substrat témoin (SBT), de chaque défaut (DE) considérée lors de l’étape (E1) de caractérisation ; à partir de la position associée à chaque défaut (DE) présents sur chaque substrat témoin (SBT), une étape (E3) de détermination de la position associées à chaque défectivité. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel une intensité lumineuse supérieure à 20 équivalents soleils est utilisée lors de l’étape (E1) de caractérisation de sorte à induire, lors de cette étape (E1), une baisse de la durée de vie des porteurs de charge dans le substrat témoin (SBT) par augmentation du taux de recombinaison par effet Augier. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le substrat témoin (SBT) est un substrat ayant une faible durée de porteur de charge. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la longueur de diffusion des porteurs de charge du substrat témoin (SBT) lors de l’étape (E1) de caractérisation est inférieure à l’épaisseur du substrat témoin (SBT). Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes dans lequel, lors de l’étape (E1) de caractérisation, l’ajustement de la durée de vie des porteurs de charge et de la longueur d’onde utilisée est effectué en deux phases : une première phase lors de laquelle l’ajustement n’est effectué que sur la durée de vie des porteurs de charge ; et lorsque l’ajustement de la durée de vie des porteurs de charge n’est plus possible et que le contraste est inférieur à la valeur seuil, une deuxième phase durant laquelle l’ajustement est effectué sur la longueur d’onde utilisée. Procédé de fabrication d’un dispositif semi-conducteur à l’aide d’une chaine de fabrication (CP), le procédé de fabrication comprenant, en au moins un point de la chaine de fabrication (CP), une étape de mise en œuvre du procédé (100) de détermination de la position d’au moins une défectivité selon l’une des revendications précédentes. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le dispositif semi-conducteur est fabriqué à partir d’un substrat à grande durée de vie des porteurs de charge et dans lequel l’étape de mise en œuvre du procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 5 est précédée d’une étape d’introduction, dans la chaine de fabrication, d’au moins un substrat témoin à faible durée de vie des porteurs de charge. Procédé selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel le dispositif semi-conducteur est un dispositif photovoltaïque. Dispositif (DI) de détermination par photoluminescence de la position d’au moins une défectivité sur des substrats semi-conducteurs d’une chaine de fabrication (CP) comprenant au moins un moyen d’illumination (MI/MI1/MI2), au moins un moyen d’acquisition (MA/MA1/MA2) et des moyens configurés pour mettre en œuvre un procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 6. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif (DI) selon la revendication précédente à exécuter les étapes du procédé (100) selon l’une des revendications 1 à 6. Support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication précédente.