DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention concerne en général la fabrication des substrats utilisés par l'industrie des semi-conducteurs, l'industrie des microtechnologies et l'industrie photovoltaïque et décrit plus particulièrement un procédé de fabrication de tranches en matériau semi-conducteur.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Dans le domaine de la fabrication des substrats utilisés par l'industrie de la microélectronique u n progrès technologique très important a été accompli avec l'introduction dans les années 90 de la technologie connue sous le nom commercial de « Smart Cut™ » qu i permet de séparer de fines couches d'un matériau semi- conducteur d'une plaque initiale, habituellement qualifié de substrat donneur, découpée dans un lingot fait de ce type de matériau et notamment à partir de lingots de silicium monocristallin. Cette technologie est par exemple décrite dans la demande de brevet européenne publiée sous le numéro EP0533551 . Cette technologie est basée sur l'implantation d'ions légers, notamment d'hydrogène et/ou d'hélium, depuis la surface du substrat donneur du matériau semiconducteur. Ces ions sont insérés dans la structure cristalline du matériau à une profondeur déterminée par l'énergie d'implantation. Les implanteurs conventionnels, tels que ceux couramment utilisés en microélectronique, peuvent développer des énergies d'accélération jusqu'à 250 keV (kilo électron Volt) qui permettent d'atteindre des profondeurs d'implantation, par exemple d'hydrogène dans du silicium, maximales d'environ 2 μηη (μηη ou micromètre= 10 ^"6 mètre).

Soumise alors à un traitement thermique approprié le substrat donneur voit, au niveau de la zone implantée, le développement de cavités remplies du ou des gaz implanté(s). Mises sous pression par le traitement thermique, dans des conditions optimales de mise en œuvre du procédé, les cavités se développent essentiellement latéralement. Elles créent une zone de fragilisation sous forme de microfissures qui induisent finalement, sous la seule action du chauffage ou en combinaison avec une sollicitation mécanique, un détachement (rupture) au niveau de la zone implantée permettant ainsi de détacher une tranche superficielle du substrat donneur, sur une épaisseur correspondant à la profondeur d'implantation du substrat donneur, lequel est immédiatement réutilisable.

La technique brièvement décrite ci-dessus est notamment utilisée pour produire des substrats élaborés dits SOI, acronyme de l'anglais « silicon on insulator » c'est-à-dire « silicium sur isolant ».

Comme mentionné ci-dessus, le développement de la zone fragilisée doit se faire pour l'essentiel latéralement. Cependant, si les cavités pressurisées sont proches d'une surface libre, il existe un seuil de pression au-delà duquel on assiste au bullage ou cloquage du matériau de la tranche superficielle que l'on essaye de séparer. Le phénomène de cloquage est aussi communément désigné par le terme anglais de « blistering » qui a la même signification. Ce n'est que si les cavités sont suffisamment éloignées d'une surface libre qu'elles peuvent effectivement s'étendrent latéralement sous forme de fissures qui vont permettre la séparation au niveau de la zone implantée. Le procédé Smart Cut™ évite cet écueil en prévoyant, par exemple, de coller un second substrat rigide du côté de la surface implantée qui va servir, pour la structure SOI en cours de création , de support mécanique final et de substrat de manipulation. Avant séparation, le substrat rigide collé joue aussi avantageusement le rôle de raidisseur et va permettre que la séparation se fasse bien sans cloquage sur toute la surface du substrat donneur, laissant en place sur le substrat SOI une couche uniforme, généralement de silicium monocristallin, dans et à partir de laquelle on va pouvoir réaliser les composants actifs.

Le procédé de séparation par implantation d'ions légers ne permet cependant d'obtenir, comme on l'a indiqué précédemment, avec les implanteurs conventionnels utilisés par l'industrie de la microélectronique, que des profondeurs allant jusqu'à environ 2 μηι. Si ces épaisseurs sont bien adaptées à la production de substrats SOI pour la fabrication des circuits intégrés, où l'on réalise les transistors dans des couches fonctionnelles de plus en plus minces, il n'en va pas de même pour d'autres applications.

Par exemple, pour la production de cellules photovoltaïques, notamment à base de silicium, il est nécessaire de disposer, pour la couche fonctionnelle, d'épaisseurs de matériau semi-conducteur allant typiquement de 10 à 100 μηη afin d'obtenir une efficacité suffisante de conversion de l'énergie lumineuse reçue en énergie électrique produite.

Dans le domaine de l'obtention de tranches par fragilisation d'une zone implantée en ions légers la société nord-américaine « Silicon Genesis » située dans l'état de Californie, a développé depuis quelques années un procédé similaire au procédé « Smart Cut™ » et dont le nom commercial est « PolyMax™ » qui permet d'obtenir des tranches fonctionnelles dans une gamme d'épaisseur compatible avec la production de cellules photovoltaïques. Cela est cependant obtenu en employant des implanteurs à hautes énergies, de l'ordre de quelques millions d'électron Volts, c'est-à- dire devant développer des énergies d'implantation d'un ordre de grandeur supérieures à celles des implanteurs conventionnels utilisés par l'industrie de la microélectronique. Le coût de ces implanteurs est extrêmement élevé. Dans un domaine d'application comme celui des cellules photovoltaïques où le prix du dispositif final dépend étroitement de celui de la tranche en matériau semi-conducteur et où le dispositif produit doit l'être à un coût extrêmement bas pour être compétitif, le coût des implanteurs à hautes énergies est clairement problématique.

Par ailleurs, les techniques conventionnelles d'obtention de plaques de matériaux semi-conducteurs par sciage d'un lingot obtenu à partir d'un bain liquide présentent plusieurs inconvénients. En particulier, ces techniques ont pour inconvénient de consommer une partie significative de la masse du lingot lors du sciage. En outre, elles nécessitent des traitements de surface postérieurs au sciage ce qui accroît leur coût et ne permettent pas d'obtenir facilement des plaques de faible épaisseur, typiquement comprises entre la dizaine et la centaine de micromètres. Il existe donc un besoin consistant à obtenir des tranches (couches) actives de matériau semi-conducteur notamment pour activation photovoltaïque, d'épaisseur comprise supérieure à 5 micromètres et de préférence comprise entre 1 0 et 100 micromètres selon un procédé bas coût limitant au moins certains des inconvénients que présentent les solutions de l'état de la technique.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

Selon un mode de réalisation, la présente invention a pour objet un procédé d'obtention d'une tranche semi-conductrice autoporteuse à partir d'un substrat donneur fait d'un premier matériau semi-conducteur et comprenant dans son épaisseur une zone de fragilisation, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :

- le dépôt d'u ne couche interméd iaire d' un deuxième matériau sem iconducteur sur une face du substrat donneur;

- l'apport d'un troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire pour former une couche additionnelle.

De préférence, le procédé comprend également une étape de solidification au moins partielle de la couche additionnelle pour réaliser une couche active.

De préférence, il comprend également la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation pour former une tranche autoporteuse comprenant une portion du substrat donneur, la couche intermédiaire et la couche additionnelle.

Ainsi, la tranche autoporteuse obtenue est une structure multicouches formée de couches en matériaux semi-conducteurs, et dont l'épaisseur peut être aisément adaptée, notamment en fonction de la quantité de matériau semi-conducteur apporté en fusion sur la couche intermédiaire. En particulier, des tranches d'épaisseur supérieure à 5 micromètres peuvent être obtenues. Typiquement, l'invention permet d'obtenir aisément des tranches dont l'épaisseur est comprise entre 10 et 1000 micromètres ce qui est particulièrement avantageux pour la réalisation de cellules photovoltaïques ou pour la fabrication de micro-structures. En outre, le procédé selon l'invention permet de réutiliser le substrat donneur pour former plusieurs tranches, évitant de ce fait une consommation excessive de matière comme c'est le cas dans les solutions nécessitant un sciage pour chaque tranche.

En prévoyant une épitaxie par recristallisation sur substrat donneur présentant une zone de fragilisation, l'invention autorise l'emploi de substrats donneurs dont la zone de fragilisation est située à une faible profondeur. Ainsi, dans le cas préféré où la zone de fragilisation est obtenue par implantation d'espèces ioniques dans l'épaisseur du substrat donneur, l'invention permet une implantation à faible profondeur ce qui évite d'avoir à recourir aux implanteurs à hautes énergies. L'invention présente ainsi l'avantage de réalisation de tranches à un coût limité par rapport aux solutions connues.

En outre, l'invention permet d'obtenir des tranches en forme de plaques présentant de grandes dimensions, typiquement de 20 cm ² à 4 m ² , et préférentiellement de 100 cm ² à 1600 cm ² .

L'invention apporte d'autres avantages en termes de contrôle de la chaleur apportée par le matériau semi conducteur déposé sur le substrat donneur. On rappelle qu 'un apport excessif de chaleu r à u ne zone de fragi lisation peut activer des phénomènes susceptibles de détériorer le substrat notamment en provoquant à sa surface un bullage ou cloquage. L'invention, en prévoyant une couche intermédiaire, permet de contrôler la propagation de chaleur transférée au substrat donneur depuis le matériau semi-conducteur en fusion, évitant de ce fait de chauffer trop fortement et/ou rapidement le substrat donneur au niveau de la zone fragilisée et réduisant ainsi les risques de provoquer un cloquage. En outre, la présence de la couche intermédiaire permet de mieux maîtriser l'épaisseur totale de matériaux solides, situés entre la zone de fragilisation et la surface libre après dépôt du troisième matériau liquide, et qui peuvent alors servir de raidisseur facilitant ainsi la rupture/séparation dans la zone de fragilisation.

Par séparation, on entend a minima une étape de propagation de micro- fissu res dans la zone i mplantée. Cette étape peut cependant aller jusqu'au détachement, i.e. un éloignement, physique entre donneur et tranche. Des moyens supplémentaires, par exemple mécaniques, peuvent être mis en œuvre pour atteindre ce détachement.

Le détachement du substrat donneur génère ainsi une tranche autoporteuse comprenant une partie du substrat donneur, la couche intermédiaire et la couche additionnelle formée par le troisième matériau semi-conducteur apporté à l'état liquide et solidifié.

Facultativement, le procédé selon l'invention peut présenter au moins l'une quelconque des caractéristiques et étapes optionnelles ci-dessous.

Avantageusement, la couche intermédiaire fait office de raidisseur lors de la séparation du substrat donneur.

Avantageusement, la couche intermédiaire demeure solide au moins partiellement après l'étape d'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion ou bien la couche intermédiaire se solidifie au moins partiellement, après l'étape d'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion et avant l'apparition de cloques qu'elle évite, et avant l'étape de séparation, faisant ainsi office de raidisseur lors du développement des microfissures et lors de la séparation. Ainsi, la couche intermédiaire est solide au moins sur une partie de son épaisseur et fait office de raidisseur empêchant les phénomènes de cloquage ou d'exfoliation (éclatement des bulles).

Avantageusement, la couche intermédiaire se liquéfie au moins partiellement sous l'effet de la chaleur apportée par le dépôt du troisième matériau semi-conducteur en fusion. Ainsi, la couche intermédiaire absorbe au moins en partie l'énergie calorifique apportée par le troisième matériau semi-conducteur en fusion.

Avantageusement, la zone de fragilisation délimite dans le substrat donneur une couche superficielle s'étendant depuis la zone de fragilisation jusqu'à la face du substrat donneur sur laquelle est déposée la couche intermédiaire. La liquéfaction au moins partielle de la couche intermédiaire et la solidification qui s'ensuit préserve une couche solide servant de raidisseur au moment de la séparation du substrat donneur pour libérer la tranche autoporteuse Un des avantages de l'invention est de maîtriser l'avancée de l'interface/liquide solide. Il faut avoir un film solide suffisamment épais pour avoir l'effet raidisseur, au moment de la séparation. Le raidisseur, Le., la couche solide est de préférence plus épaisse que la couche superficielle pour avoir l'effet raidisseur.

Selon un mode de réalisation, la couche solide servant de raidisseur comprend au moins toute la couche superficielle. Selon un mode de réalisation, la couche solide servant de raidisseur comprend toute la couche superficielle et une portion au moins de la couche intermédiaire. Ladite portion de la couche intermédiaire est une portion restée solide après l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion. Selon un mode de réalisation, cette portion de la couche intermédiaire restée solide est complétée par une portion de la couche intermédiaire liquéfiée puis solidifiée après l'apport du troisième matériau semi-conducteur et avant l'apparition de cloques, permettant ainsi la séparation. Selon un mode de réalisation, la couche solide servant de raidisseur comprend toute la couche superficielle, la couche intermédiaire et une partie au moins de la couche additionnelle s'étant en partie au moins solidifiée avant l'apparition de cloques et avant la séparation du substrat donneur, permettant ainsi la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation.

Avantageusement, la couche solide servant de raidisseur présente une épaisseur supérieure ou égale à 3 micromètres, et de préférence supérieure ou égale à 7 micromètres et de préférence supérieure ou égale à 10 micromètres et de préférence supérieure ou égale à 20 micromètres. Avantageusement, l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion provoque la fusion complète de la couche intermédiaire, puis la couche intermédiaire re-solidifie au moins partiellement avant l'apparition de cloques puis la séparation. Ainsi, la fusion complète de la couche intermédiaire permet d'obtenir une cristallisation de la couche intermédiaire puis de la couche additionnelle par épitaxie à partir du germe cristallin que constitue le substrat implanté.

Avantageusement, le troisième matériau semi-conducteur est apporté pur en fusion. Avantageusement, il n'est pas apporté sous forme d'une solution liquide comprenant le troisième matériau semi-conducteur et un solvant. On évite ainsi un dopage de la couche épitaxiée par le solvant. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite portion du substrat donneur comprise dans la tranche autoporteuse formée est dans l'état initial du substrat donneur. Cette portion du substrat donneur n'a donc pas subit de modification lorsque l'étape de séparation est effectuée.

Avantageusement, le procédé comprend une étape préalable d'obtention de la zone de fragilisation dans l'épaisseur du substrat donneur, cette étape d'obtention pouvant comprendre l'implantation d'espèces dans l'épaisseur du substrat donneur. La séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue en ajustant : la température du troisième matériau semi-conducteur en fusion lors de l'étape d'apport, la température de préchauffage du substrat donneur, le type, la dose et l'énergie des espèces implantées lors de l'implantation.

Avantageusement, la séparation homogène dans le substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue en choisissant en outre le mode de dépôt du troisième matériau semi-conducteur en fusion.

Avantageusement, le matériau semi-conducteur et l'épaisseur de la couche intermédiaire sont choisis pour obtenir une séparation totale dans la zon e d e fragilisation induite automatiquement sous le seul effet de l'énergie calorifique apportée par le dépôt du troisième matériau semi-conducteur en fusion.

Alternativement, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation intervient automatiquement avant que le troisième matériau semiconducteur en fusion entre au contact de la couche intermédiaire ou soit complètement apporté sur la couche intermédiaire. Ainsi, selon un premier mode de réalisation, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est induite uniquement par apport de chaleur provenant de l'apport du troisième matériau semiconducteur en fusion sur ladite face du substrat donneur et par la propagation de chaleur jusqu'à la zone de fragilisation. Selon un mode de réalisation alternatif, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue avant le contact du troisième matériau semi-conducteur en fusion, uniquement par convection ou rayonnement de chaleur provenant du troisième matériau semiconducteur en fusion et propagation de chaleur jusqu'à la zone de fragilisation.

Selon un mode de réalisation alternatif, la séparation du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation est obtenue après la solidification de la couche additionnelle et par une étape ultérieure comprenant une étape de traitement thermique et/ou une étape mécanique effectuée de sorte à appliquer une contrainte mécanique.

De préférence, la zone de fragilisation est formée à moins de 5 micromètres de la face du substrat sur laquelle est déposée la couche intermédiaire et de manière encore préférée à moins de 3 micromètres. Elle est avantageusement formée à environ 2 micromètres de la surface, grâce à des implanteurs conventionnels.

L'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire est effectué par dépôt en phase liquide.

Selon un mode de réalisation, l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion est effectué par une coulée unique sur la couche intermédiaire. Selon un autre mode de réalisation, l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire est effectué par dépôt du troisième matériau semiconducteur en fusion sur une pluralité de zones de la couche intermédiaire, les zones étant distinctes les unes des autres. Selon un autre mode de réalisation, le dépôt du troisième matériau semi-conducteur en fusion comprend le dépôt d'une pluralité de gouttes et éventuellement l'aspersion d'une face restée l i bre d e l a cou ch e intermédiaire. Les gouttes peuvent être déposées à l'aide de buses, de capillaires, d'orifices, d'injecteurs ou de vaporisateurs. Selon un autre mode de réalisation, l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire s'effectue par mise en contact d'une face de la couche intermédiaire restée libre avec un bain en fusion du troisième matériau semi-conducteur. Selon un autre mode de réalisation, l'apport du troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire s'effectue en plaçant le substrat donneur recouvert de la couche intermédiaire au droit d'un creuset contenant le troisième matériau semi-conducteur en fusion et présentant un fond escamotable, par exemple en coulissement, et en retirant le fond du creuset de manière à libérer le troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire. Avantageusement, ces modes de réalisation permettent d'induire un contact entre le troisième matériau semi-conducteur et la couche intermédiaire uniquement au niveau de la face restée libre de cette dernière. En particulier, les parois verticales, c'est-à-dire les bords perpendiculaires à la face restée libre ne sont pas en contact avec le troisième matériau semi-conducteur. La propagation de chaleur est mieux maîtrisée. En outre, cette technique permet un dépôt particulièrement rapide.

Avantageusement, la couche intermédiaire est déposée sur le substrat donneur à une température inférieure à 500°C, de préférence inférieure à 400°C et encore de préférence inférieure à 300°C. Ainsi, on réduit le risque de séparation ou de bullage ou d'exfoliation pendant l'étape de dépôt de la couche intermédiaire.

Avantageusement, la couche intermédiaire est déposée directement sur la face du substrat donneur.

Avantageusement, le troisième matériau sem i-conducteur est déposé directement sur la couche intermédiaire et avantageusement uniquement sur la couche intermédiaire.

Avantageusement, après séparation on pratique sur la tranche autoporteuse un traitement thermique, typiquement un recuit, de cristallisation. Ce recuit permet d'améliorer la qualité cristalline de la structure de la tranche autoporteuse formée de l'empilement de couches. Avantageusement, le premier, le deuxième et le troisième matériau semiconducteur sont choisis parmi : le silicium (Si), le germanium (Ge) et le silicium- germanium (Si-Ge). Dans un mode de réalisation le premier, le deuxième et le troisième matériau semi-conducteur sont en un même matériau. Dans un mode alternatif de réalisation, au moins deux parmi le premier, le deuxième et le troisième matériau semi-conducteur sont formés de matériaux différents.

Avantageusement, la tranche autoporteuse présente une épaisseur comprise entre 5 et 1000 micromètres et de préférence 10 et 100 micromètres et encore plus préférentiellement entre 20 et 100 micromètres.

Avantageusement, on détermine l'épaisseur e _L du troisième matériau semiconducteur apporté, de sorte qu'une épaisseur e _F de la couche intermédiaire et éventuellement d'une couche du substrat donneur fondues sous l'effet de la chaleur apportée par le troisième matériau semi-conducteur soit inférieure à la distance entre la zone de fragilisation et la face de la couche intermédiaire sur laquelle est apporté le troisième matériau semi-conducteur. Cette distance étant la profondeur de la zone de fragilisation depuis la face de la couche intermédiaire sur laquelle est apporté le troisième matériau semi-conducteur. On empêche ainsi que la zone de fragilisation ne fonde, ce qui empêcherait toute possibilité de séparation et de détachement. De préférence, le premier, le deuxième et le troisième matériau semi-conducteur sont en un même matériau semi-conducteur.

Avantageusement, l'épaisseur e _F est déterminée en appliquant l'équation suivante :

_CF _ _CL P _L C _P ^L {T _L - T _F )

^L p _s C _P ^s (T _F - T _s )+ p _s L _f

dans laquelle

- e _F représente l'épaisseur maximale de matière qui fond sous l'effet de la chaleur propagée depuis le troisième matériau semi-conducteur apporté à l'état liquide, cette matière étant prise dans la couche intermédiaire et éventuellement dans la portion du substrat donneur ;

- e _L représente l'épaisseur de la couche additionnelle formée par le troisième matériau semi-conducteur apporté à l'état liquide une fois réparti sur la surface ;

- p _L est la densité du matériau semi-conducteur liquide ;

- p _s est la densité du matériau semi-conducteur solide ;

- C _p ^s représente la capacité thermique massique du matériau semi-conducteur en phase solide; C _P ^L représente la capacité thermique massique du matériau semi-conducteur en phase liquide;

- L _f est la chaleur de fusion du matériau semi-conducteur ;

T _L la température de dépôt du matériau semi-conducteur apporté à l'état liquide ;

- T _F la température de fusion du matériau semi-conducteur ;

- T _s la température, avant apport du troisième matériau semi-conducteur, du substrat donneur recouvert de la couche intermédiaire

L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une cellule photovoltaïque comprenant un procédé d'obtention d'une tranche semi-conductrice autoporteuse selon l'invention.

L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'une tranche semi-conductrice autoporteuse à partir d'un substrat donneur fait d'un premier matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend :

- le dépôt d'une couche intermédiaire d'un deuxième matériau semiconducteur sur une face du substrat donneur;

- l'apport d'un troisième matériau semi-conducteur en fusion sur la couche intermédiaire pour former une couche additionnelle ;

- la solidification du troisième matériau semi-conducteur.

Optionnellement et de préférence, le procédé comprend également une étape de détachement d u su bstrat d on neu r pou r former u ne tranche autoporteuse comprenant une portion du substrat donneur, la couche intermédiaire et la couche additionnelle.

Avantageusement et optionnellement, le substrat donneur comprend dans son épaisseur une zone de fragilisation. L'étape de détachement consiste à effectuer une rupture de la zone de fragilisation.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :

Les FIGURES 1 a à 1 e illustrent les étapes principales du procédé selon l'invention permettant l'obtention de tranches autoporteuses utilisables notamment pour la production de cellules photovoltaïques. La FIGURE 2 illustre un mode de dépôt d'un matériau semi-conducteur en phase liquide à la surface d'un substrat donneur recouvert d'une couche intermédiaire servant à ajuster le processus de séparation et de détachement de tranches autoporteuses d'un substrat donneur.

La FIGURE 3 illustre un mode de dépôt d'un matériau semi-conducteur en phase liquide sous forme de gouttes.

La FIGURE 4 illustre un mode de dépôt d'un matériau semi-conducteur en phase liquide par mise en contact avec un bain de silicium fondu.

La FIGURE 5 illustre un mode de dépôt d'un matériau semi-conducteur en phase liquide à partir d'un creuset à fond amovible.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les épaisseurs relatives des différentes couches et films ne sont pas représentatives de la réalité.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

Dans la description qui suit de l'invention, comme dans le chapitre introductif sur l'état de la technique, on entend par « zone de fragilisation » une zone qui s'étend sous une face principale d'un substrat donneur. Le substrat donneur est, le plus généralement, une tranche découpée dans un lingot ou une brique. Il se présente sous la forme d'une plaque plane présentant deux faces parallèles. Les plaques planes ou tranches ne sont pas nécessairement circulaires ou carrées, elles peuvent avoir une forme quelconque dans leur plan et le plus généralement une forme de disque, de carré, de rectangle, d'hexagone ou celle d'autres polygones. La plaque est représentée dans les figures 1 a à 1 e selon une coupe perpendiculaire à son plan. La zone fragilisée est développée sous une des faces de la plaque, parallèlement à cette face, à une profondeur sensiblement constante dans l'épaisseu r du substrat donneur. La profondeur de la zone de fragilisation est la distance entre cette zone et la face 101 du substrat donneur 100 à travers laquelle les ions sont implantés, cette distance étant mesurée selon une direction perpendiculaire à ladite face 101. Sous l'action d'un échauffement, éventuellement combiné à une sollicitation mécanique, on va provoquer la séparation du substrat 100 au niveau de la zone fragilisée.

Da n s le voca bu l a i re cou ra m me nt uti l i sé d a n s les industries des semiconducteurs, des microtechnologies et l'industrie photovoltaïque une tranche, comme décrite ci-dessus, est aussi parfois qualifiée de plaque ou de plaquette, voire de « wafer », terme emprunté à l'anglais ayant la même signification. Le terme substrat est un terme générique qui est applicable à tout support ou structure multicouches à partir duquel on peut élaborer un dispositif et qui, implicitement, possède les qualités mécaniques nécessaires pour être manipulable dans une ligne de production. Dans la description qui suit de l'invention les couches superficielles épaissies obtenues par séparation et détachement d'un substrat donneur sont qualifiés de tranches (parfois également qualifiées de substrat, terme que nous éviterons d'utiliser dans la présente description pour éviter toute confusion avec le substrat donneur). Ces tranches sont « autoporteuses » en ce sens qu'elles sont manipulables telles quelles dans une ligne de production.

II est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « sur »,

« surmonte » ou « sous jacent » ou leurs équivalent ne signifient pas obligatoirement « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt d'une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement q ue les deux couches sont directement au contact l'une de l'autre mais cela signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact soit en étant séparée d'elle par une autre couche ou un autre élément.

Comme on l'a vu, pour augmenter l'efficacité de conversion de l'énergie lumineuse reçue par une cellule photovoltaïque, celle-ci est avantageusement réalisée à partir d'un semi-conducteur monocristallin et plus particulièrement à partir de silicium (Si) monocristallin. D'autres matériaux semi-conducteurs sont aussi susceptibles d'être utilisés sous une forme monocristalline comme le germanium (Ge) ou des alliages de ces deux matériaux (Si-Ge). On notera ici dès à présent que la solidification sous une forme essentiellement cristalline, depuis une phase liquide, entre les matériaux semiconducteurs précédents pourra se faire si le matériau sous forme liquide est de même nature que le matériau du substrat donneur, ou si celui-ci existe sous une forme cristalline adaptée au réseau cristallin du substrat donneur, c'est-à-dire qu'il présente, par exemple, des paramètres de maille qui diffèrent de moins de 1 % et de préférence de moins de 0.5% de celui du matériau du substrat donneur dans le plan parallèle à la face du substrat donneur (plan d'épitaxie). Dans ces conditions la solidification se fera de manière particulièrement ordonnée et produira un matériau cristallin de très bonne qualité. L'obtention d'une couche en un matériau non parfaitement cristallin mais présentant de gros grains cristallisés dans une matrice amorphe convient pour de n om breu ses a ppl i cati on s . Typiq u em ent, pou r u n e a ppl i cati on a ux cellules photovoltaïques, la taille des grains doit être supérieure ou égale à trois fois l'épaisseur de la tranche électriquement active, préférentiellement cinq fois supérieure, ce qui peut aisément être obtenu en mettant en œuvre la présente invention. De manière générale, l'invention décrit un procédé de réalisation de tranches autoporteuses, également désignées structures multicouches semi-conductrices, obtenues à partir d'un matériau semi-conducteur liquide que l'on fait solidifier sur un substrat comportant une couche intermédiaire apte à favoriser l'opération de solidification en évitant l'apparition de phénomènes de bullage (ou cloquage). L'invention permet ainsi de réaliser des tranches autoporteuses d'épaisseur souhaitée, mince ou épaisse. Le procédé comprend les étapes principales suivantes:

Les figures 1 a à 1e illustrent les étapes du procédé de l'invention qui consiste à réaliser des tranches semi-conductrices autoporteuses, par exemple de silicium (Si), à partir de silicium liquide d'une part, et d'autre part, d'un substrat donneur cristallin.

- La figure 1a illustre la première étape et montre un substrat donneur 100 d'un matériau semi-conducteur dans lequel on implante à partir d'une de ses faces 101 des ions légers, typiquement à l'aide d'un faisceau d'ions 200 généré par un implanteur, afin de créer une zone de fragilisation 210. Le substrat est par exemple fragilisé par implantation d'ions de gaz légers comme l'hydrogène (H) ou l'hélium (He) utilisés seuls ou en combinaison, voire en co-implantation avec d'autre(s) espèce(s) comme par exemple le bore (B).

De préférence, l'implanteur est un implanteur standard utilisé par l'industrie de la microélectronique. L'implantation est alors effectuée à une profondeur qui n'excède pas typiquement 2 μηη en raison, comme discuté dans le chapitre sur l'état de la technique, des énergies d'implantation utilisées qui sont dans une gamme de valeurs de quelques dizaines à quelques centaines de keV afin de ne pas avoir à mettre en œuvre des implanteurs à hautes énergies très coûteux.

Optionnellement, l'implantation de la zone fragilisée peut se faire par bombardement d'ions à partir d'un plasma formé dans une enceinte confinée.

Ainsi, le substrat donneur présente une zone de fragilisation 210 dans son épaisseur, zone qui définit une couche superficielle 1 10 comprise entre la zone de fragilisation 210 et la face 101 du substrat donneur 100 la plus proche de la zone de fragilisation 210. Typiquement, cette face 101 est la face par laquelle les espèces ont été implantées. L'épaisseur de la couche superficielle 1 10 est ainsi définie par la profondeur de la zone de fragilisation 210. Cette épaisseur se mesure perpendiculairement à la face 101.

- La figure 1 b illustre la deuxième étape et montre la réalisation, sur la surface 101 d u substrat donneur 100, d'au moins une couche intermédiaire 300, également désignée film intermédiaire, qui est avantageusement mais non limitativement constituée de silicium amorphe ou de silicium polycristallin ou de silicium nanocristallisé. - La figure 1c illustre l'étape suivante où l'on vient apporter, sur une face 301 restée libre de la couche intermédiaire 300, une quantité appropriée de matériau semiconducteur 400 liquide, typiquement du silicium liquide. Ce matériau à l'état liquide va aussi contribuer à former la tranche autoporteuse en cours de réalisation.

L'invention propose plusieurs modes de réalisation pour apporter le matériau semi-conducteur liquide 400 sur la couche intermédiaire 300. Ces modes de réalisation sont décrits en détail dans la suite de la description et certains d'entre eux sont illustrés en figures 3, 4 et 5.

- La figure 1 d illustre une étape optionnelle de fusion 410 de tout ou partie de la couche intermédiaire 300 en raison de la chaleur apportée par le silicium liquide 400 et une étape de (re)solidification de ce dernier. On peut noter que dans le cas où la température de fusion du 3 ^eme matériau semi-conducteur 400 est inférieure à celle de la couche intermédiaire 300, la couche intermédiaire peut ne pas fondre du tout. Tel serait par exemple le cas du germanium déposé à 1 100°C sur du silicium.

- La figure 1e montre l'étape de détachement 510 de la tranche de la tranche autoporteuse 500 consécutif à la séparation (fracture) survenant au niveau de la zone fragilisée 210 par implantation du substrat donneur 100. De préférence, cette fracture est activée par la propagation de la chaleur apportée par le silicium liquide 400 jusqu'à la zone de fragilisation 210.

La mise en œuvre de l'invention repose sur l'utilisation de la couche intermédiaire 300, potentiellement fusible à la température du liquide déposé, de telle façon que les divers paramètres d'ajustement du procédé concourent au détachement automatique d'une tranche mince autoporteuse 500 constituée, d'une part du silicium apporté sous forme liquide puis solidifié 400, et d'autre part, de la couche intermédiaire 300 et de la couche superficielle 1 10 qui a été séparée du substrat donneur 100. Dans l e cas d ' a ppl i cation d u procéd é à l a prod u ction de tranches pour cellules photovoltaïques leur épaisseur doit être suffisante pour jouer le rôle d'absorbeur de lumière. Elle est typiquement dans ce cas comprise dans une gamme allant de 10 μηη à 1000 μηη et de préférence dans une gamme d'épaisseur comprise entre 10 μηη et 100 μηη et encore plus préférentiellement entre 20 μηη et 100 μηη.

La couche intermédiaire 300 est destinée à jouer plusieurs rôles. Notamment :

- Un premier rôle est de servir au moins partiellement, sinon totalement, de raidisseur pour favoriser la fracture dans la zone de fragilisation 210 en évitant le cloquage ou l'exfoliation.

- Un deuxième rôle est d'éviter que la température du substrat donneur 100 ne monte ni trop haut ni trop vite au niveau de la zone de fragilisation 210, en particulier en évitant qu'une fusion n'intervienne prématurément au niveau de cette zone lors de la mise en contact de la couche intermédiaire 300 avec le matériau semi-conducteur 400 apporté à l'état liquide.

On notera ici la présence nécessaire d'un raidisseur sous la forme d'une couche solidifiée, typiquement de silicium, au dessus de la zone de fragilisation d'une épaisseur suffisamment importante pour servir de maintien mécanique et permettre que la séparation et le détachement du substrat donneur 100 puissent se faire dans des conditions optimales c'est-à-dire notamment sans cloquage. Pour jouer pleinement son rôle de raidisseur il est avantageux que la couche solide ait une épaisseur minimum de 3 μηη avant fracturation (séparation). Elle est de préférence d'une épaisseur minimum de 7 μηη, et encore plus préférentiellement de 10 μηη.

La couche solide jouant le rôle de raidisseur est constituée de :

- la couche superficielle 1 10, typiquement en silicium monocristallin ou polycristallin a gros grains (supérieur à 10 μηι, typiquement de l'ordre de quelques dizaines de micromètres) non fondue (ou qui a partiellement fondue lors du dépôt du troisième matériau liquide et a resolidifié avant la séparation) située entre la zone de fragilisation 210 et la surface initiale 101 du substrat donneur 100, c'est-à-dire la surface libre du substrat avant dépôt de la couche intermédiaire 300 ;

et

- d'une partie solide de la couche intermédiaire 300 qui est soit non fondue soit resolidifiée si partiellement fondue lors du dépôt du troisième matériau liquide ;

et éventuellement

- d'une partie solidifiée du film de silicium 400 déposé en phase liquide.

De préférence, la couche solidifiée comprend au moins la couche superficielle 1 10 et une partie au moins de la couche intermédiaire 300. Dans un mode de réalisation avantageux, la couche solidifiée comprend toute la couche superficielle 1 10. Dans un mode de réalisation avantageux, la couche solidifiée comprend également une partie de la couche additionnelle formée par le silicium 400 apporté à l'état liquide et qui se solidifie avant rupture de la zone de fragilisation 210.

Le mode de dépôt du silicium fondu 400 sur la couche intermédiaire 300, dont des exemples sont décrits dans les figures suivantes, peut permettre une solidification partielle ou totale avant rupture (séparation, fracture) de la zone de fragilisation.

La fracturation de la zone fragilisée 210 intervient :

- soit avant le dépôt du silicium liquide 400 sur la couche intermédiaire 300, par exemple dans une phase de montée en température/thermalisation du substrat donneur 100 par le fait du rayonnement thermique lors de l'approche du four servant à déposer le silicium sous une forme liquide ;

- soit pendant ou après le dépôt du silicium liquide, par exemple en raison du flux de chaleur amené par le silicium liquide lui-même, ou par exemple par conjugaison du flux de chaleur amené par le silicium liquide et de la chaleur provenant d'une source externe.

La tranche détachée autoporteuse peut être constituée par exemple d'un empilement de couches comprenant:

une couche cristalline formée par une portion de la couche superficielle 1 10 du substrat donneur 100 et qui par exemple n'a pas fondu, (ou qui a partiellement fondue lors du dépôt du troisième matériau liquide et a resolidifié avant la séparation)

- une couche dans un état plus ou moins cristallin formée par une portion de la couche intermédiaire 300 qui a été tout ou partie fondue et resolidifée,

- une couche additionnelle plus ou moins cristalline formée par le troisième matériau semi-conducteur 400 apporté à l'état liquide et solidifié.

Pour améliorer la qualité cristalline de la tranche détachée on peut avoir recours optionnellement à au moins un traitement thermique additionnel. On pratique alors, par exemple, un traitement thermique ou recuit en phase solide. Typiquement, celui-ci s'effectue à des températures dans une gamme allant de 400°C à 1300°C pour le silicium. I l est adapté pour obtenir des couches de meilleure qualité cristalline possiblement permettant l'obtention de silicium monocristallin ou polycristallin à gros grains.

Dans le cas spécifique où la couche fondue lors du dépôt du silicium liquide a le temps de se solidifier avant que la fracture (séparation) ne soit induite, il est avantageux de fondre la couche intermédiaire 300 au moins jusqu'à la face initiale 101 du substrat donneur 100 fait de silicium cristallin de façon à promouvoir une épitaxie. Un traitement thermique additionnel comme décrit ci-dessus peut permettre d'améliorer la structure cristalline obtenue.

Ici il convient de remarquer qu'il faut éviter dans tous les cas que la zone de fragilisation ne soit fondue lors du dépôt du matériau semi-conducteur liquide avant que la fracturation ait pu intervenir. Comme déjà mentionné plus haut l'un des rôles de la couche intermédiaire 300 est de protéger la zone de fragilisation 210 contre une fusion. La couche intermédiaire 300 doit donc être suffisamment épaisse. Elle pourra être fondue partiellement ou totalement sous l'effet de la chaleur du matériau semi- conducteur en fusion. L'épaisseur maximale qui peut être fondue lors du dépôt d'une couche liquide 400 de matériau semi-conducteur peut être calculée comme indiqué ci- après. Dans les expressions qui suivent e _F représente l'épaisseur maximale de film qui fond lors du dépôt du troisième matériau semi-conducteur qui forme une couche liquide d'épaisseur e _L .

La couche 400 de matériau semi-conducteur liquide d'épaisseur e _L est déposée sur la couche intermédiaire 300 à une température T _L . Par rapport à sa température de fusion, T _F , elle présente un excèdent d'énergie calorifique Δ<¾. Cet excédent d'énergie est transmis à la surface 301 de la couche intermédiaire 300 et induit plusieurs mécanismes physiques tel que :

AQ _G = Q _S + Q _TF + Q _PERTES (1 ) expression dans laquelle :

- Q _s représente l'énergie de chauffage du substrat de sa température initiale (avant dépôt) T _s jusqu'à la température de fusion du matériau semi-conducteur T _F ;

- Q _TF est la chaleur latente nécessaire à la transformation de phase (fusion) de l'épaisseur e _F qui fond lors de la mise en contact du film de matériau semi-conducteur liquide d'épaisseur e _L ;

- Qpertes représente les dissipations de chaleur des flux de chaleur quittant le volume de matériau semi-conducteur liquide et fondu (e _L + e _F ).

L'équilibre décrit par l'équation (1 ) peut être réécrit par unité de surface en considérant que la zone fondue est à la température de fusion du matériau semi-conducteur T _F :

e _L p _L C _P ^L (T _L - T _F ) = p _s e _F C _P ^S (T _F - T _s )+ p _s L _f e _F S + Q _pertes (2) où :

- p _L est la densité du matériau semi-conducteur liquide ;

- p _s est la densité du matériau semi-conducteur solide ;

- C _p ^s représente la capacité thermique massique du matériau semi-conducteur solide (S)

- C _P ^L représente la capacité thermique massique du matériau semi-conducteur liquide (L) ;

- L _f est la chaleur de fusion du matériau semi-conducteur.

Les dissipations de chaleur, Qpertes, ont pour effet de réduire l'épaisseur de matériau semi-conducteur fondu lors du dépôt du matériau semi-conducteur liquide. Ces pertes s'effectuent soit par conduction dans le substrat soit par rayonnement dans l'enceinte. Si on considère qu'elles sont faibles à l'échelle de temps de la fusion induite, on peut alors négliger ce terme. Dans ce cas on peut calculer une valeur maximale d'épaisseur de matériau semi-conducteur qui sera fondu lors du dépôt du matériau semi-conducteur liquide.

L'équation 2 devient alors :

¾ Pi ^C P ( ^T L - ^T p ) = Ps ^e F ^C P ( ^T F - ^T s )+ Ps ^L f ^e F ( ³ ) De laquelle on déduit l'expression de la valeur maximale d'épaisseur de matériau semi-conducteur qui sera fondu:

P _J C _p ( T _j - T _F ) . . . e _F = e _L y. ^{p F} ' (4) p _s C _P {T _F - T _s )+ p _s L _f

Cette valeur constitue la borne supérieure de l'épaisseur réellement fondue en raison des pertes thermiques mentionnées ci-dessus et qui n'ont pas été prises en compte dans le calcul. On notera ici que cette épaisseur fondue peut être constituée seulement par une partie de la couche intermédiaire 300, ou par toute son épaisseur. Elle peut même inclure une partie de la couche superficielle 1 10 du substrat donneur 100 dans la mesure où la fusion n'atteint pas la zone de fragilisation 210 comme on l'a déjà noté précédemment.

On peut exprimer également ce résultat par le rapport des épaisseurs fondue et déposée liquide : e _F /e _L . Par exemple, en considérant les valeurs suivantes qui s'appliquent pour le silicium : Lf= 1650 J/g, p _L =2,52 g/cm ³ , p _s =2,32 g/cm ³ , C _P ^L =1 ,04 J/g.K ^"1 , C _P ^S =0,9 J/g.K ^"1 , T _f =1414°C (la température de fusion du silicium) et en considérant un film liquide déposé à 1600°C qui entre en contact avec un substrat de silicium à 300°C, l'épaisseur fondue sera au maximum environ 12 fois plus faible que celle déposée. Ainsi une couche liquide déposée, d'une épaisseur de l'ordre de 35 μηι, peut produire la fusion sur une épaisseur maximale d'environ 3μη"ΐ.

On remarquera ici que la structure cristalline ou amorphe de la couche intermédiaire 300 telle que déposée importe peu. De préférence, on utilise les techniques de dépôt du silicium connues de l'homme du métier pour leur forte vitesse de croissance, par exemple par spray, par torche plasma, par PVD (acronyme de l'anglais « physical vapor déposition » c'est-à-dire « dépôt physique par phase vapeur ») ou par CVD, acronyme de l'anglais « chemical vapor déposition » c'est-à- dire « dépôt chimique en phase vapeur ». Dans des conditions optimales ces techniques de dépôt permettent de traiter les plaques implantées sans y générer de dommages tels que bullage et exfoliation. En particulier, de faibles températures de dépôt permettent de réduire les risques de fracture et autres dommages qui pourraient résulter autrement de cette opération. Le dépôt de la couche intermédiaire 300 s'effectue par exemple en dessous de 500°C, de préférence en dessous de 400°C et plus préférentiellement encore en dessous de 300°C.

La mise en œuvre du procédé inclut d'autres conditions préférentielles mais néanmoins non limitatives parmi lesquelles :

- Les espèces implantées sont, comme déjà mentionné, de préférence des ions gazeux légers, notamment d'hydrogène avec ou sans hélium, à une dose de quelques 10 ¹⁶ atomes/cm ² , seuls ou en combinaison et avec ou sans co-implantation d'espèce(s) autre(s) que l'hydrogène ou l'hélium.

- L'implantation se fait avec les implanteurs ioniques classiques utilisés par l'industrie de la microélectronique dans une gamme d'énergie allant de 20 keV à 300 keV.

- La zone de fragilisation est de préférence implantée assez profondément afin de pouvoir transférer une épaisseur maximale de silicium monocristallin ou polycristallin à gros grains lors de la séparation par fracture et/ou si on désire que l'épaisseur de la couche superficielle participe à la formation du raidisseur. Pour obtenir ce résultat des énergies supérieures à 100 keV sont appliquées. Elles sont de préférence supérieures à 150 keV et plus préférentiellement supérieures à 180 keV.

- Dans le cas d'implantation d'ions hydrogène (H ⁺ ) seuls, la dose implantée sera de préférence comprise entre 1 x10 ¹⁶ H7cm ² et 1 ,2x10 ¹⁷ H7cm ² , et plus préférentiellement comprise entre 3x10 ¹⁶ et 8x10 ¹⁶ H+/cm ² et mieux encore entre 4,5x10 ¹⁶ et 8x10 ¹⁶ H+/cm ² .

Les figures suivantes décrivent très brièvement différentes méthodes de dépôt de silicium en phase liquide connues de l'homme du métier et qui sont susceptibles d'être utilisées pour la mise en œuvre de l'invention. Comme montré sur la figure 2 le silicium liquide 400 est déposé en surface de la couche intermédiaire 300 solidaire du substrat implanté 100. Comme discuté ci-dessus la partie liquéfiée 410 par le dépôt de silicium liquide 400 s'étend sur une épaisseur plus ou moins grande de la couche intermédiaire 300, préservant une partie solide 41 6. La partie liquéfiée s'étend possiblement 414 jusque dans la couche superficielle du substrat donneur 100 sans cependant atteindre la zone fragilisée 210 par implantation. Au m om ent d e la fracturation (séparation) de la zone fragilisée du substrat donneur 100 la partie solide non fondue de la couche superficielle et de la couche intermédiaire 412 complétée éventuellement de la partie re-solidifiée de la couche superficielle et de la couche intermédiaire servent de raidisseur.

Pour le dépôt du silicium liquide, on utilise, par exemple, des systèmes de coulée unique de silicium du type de ceux mis en œuvre par la technologie RGS, acronyme de l'anglais « ribbon growth on substrate » c'est-à-dire « croissance en ruban sur substrat ». Alternativement, on peut utiliser des systèmes de distribution ponctuelle où le matériau semi-conducteur liquide est déposé sur une pluralité de zones de la face 301 de la couche intermédiaire 300. Le matériau semi-conducteur liquide s'étale pour former u ne couche additionnelle q ui épaissit la structu re multicouches comprenant le substrat donneur 100 et la couche intermédiaire 300.

Typiquement, le matériau semi-conducteur 400 est répandu sur la couche intermédiaire 300 sous forme de gouttes 421 au moyen d'injecteurs, de capillaires, d'orifices, de sprays ou de buses 420 comme illustré sur la figure 3. Dans ce cas, après formation de la zone fragilisée 210 les gouttes 421 sont formées à partir de buses 420 et lâchées 430 sur la face 301 de la couche intermédiaire 300 où elles se répandent 440 uniformément et se solidifient avant détachement d'une nouvelle tranche 500. Alternativement, le matériau semi-conducteur 400 est répandu sur la couche intermédiaire 300 sous forme linéaire ou de tout autre motif assurant des dépôts localisés en de multiples zones.

Quel que soit le procédé de dépôt du silicium liquide, la distribution du silicium liquide sur la couche intermédiaire 300 doit être réalisée de façon la plus homogène possible sur toute sa surface. Cela permet d'éviter l'établissement de forts gradients thermiques latéraux à la surface du substrat implanté et dans le plan fragilisé par implantation. Un fort gradient thermique dans la zone de fracturation (séparation) 210 pourrait engendrer des dommages dans le film transféré sous la forme de fissurations, de bullages partiels ou d'exfoliations localisées et d'arrachements des intercavités.

De préférence, la couche additionnelle formée par l'apport du troisième matériau semi-conducteur recouvre toute la face 310 de la couche intermédiaire 300. Le versement est effectué de sorte à ce que le troisième matériau semi-conducteur 400 versé sur une pluralité de zones de la couche intermédiaire 300 se répande pour former une surface continue. De préférence, le versement du troisième matériau semiconducteur 400 sur une pluralité de zones de la couche intermédiaire 300 est effectué de sorte à ce qu'il se répande pour recouvrir la totalité d'une face de la couche intermédiaire 300.

L'étalement du troisième matériau semi-conducteur 400 sur le substrat donneur s'effectue de préférence de manière naturelle. Ainsi, l'invention ne nécessite pas d'intervention spécifique pour réaliser l'étalement.

Dans un autre mode de dépôt du silicium liquide illustré par la figure 4 on s'arrange pour mettre en contact la surface libre de la couche intermédiaire 300, soit la face 301 , avec un bain de matériau semi-conducteur fondu 600 de faible volume. On notera q ue dans ce cas, c'est le volume du bain de matériau semi-conducteur, typiquement du silicium liquide, que l'on doit retenir pour calculer l'apport de chaleur et l'épaisseur maximale pouvant être fondue et en déduire l'épaisseur de la couche intermédiaire 300 à déposer. De préférence on utilise toute technique dans laquelle, à tout moment, une partie seulement de la plaque implantée est mise en contact du bain liquide. Avantageusement, la technique utilisée doit permettre qu'un contact s'établisse uniquement entre la face 301 libre de la couche intermédiaire 300 et le bain de matériau semi-conducteur fondu 400. Par exemple, une technique permettant le glissement 710 rapide du substrat implanté recouvert de la couche intermédiaire 300 sous un creuset 700 à fond 701 amovible, creuset contenant du matériau semiconducteur liquide, est illustrée par la figure 5. L'effacement du fond 701 doit être suffisamment rapide pour que le troisième matériau semi-conducteur 400 atteigne la couche intermédiaire 300 sensiblement au même instant.

Comme déjà noté, pour parvenir à la fracturation (séparation) du substrat au niveau de la zone de fragilisation 210 et au détachement d'une tranche continue, sans produire de bullage ou de cloquage voire des exfoliations à la surface du substrat implanté, il est nécessaire qu'au cours de l'opération une épaisseur suffisante de film raidisseur se forme au-dessus de la zone de fragilisation 210. Dans ces conditions, après fracturation (séparation) de la zone de fragilisation 210 par implantation, on obtient bien une tra n ch e autoporteuse de matériau semi-conducteur 500 correspondant à l'épaisseur souhaitée qui tient compte de la profondeur d'implantation 1 10 du substrat donneur, de l'épaisseur de la couche intermédiaire 300 et de celle du film correspondant au matériau semi-conducteur liquide déposé 400.

Dans une variante de mise en œuvre de l'invention une partie au moins du matériau semi-conducteur liquide 400 peut être déposée après que le détachement s'est produit.

Des exemples spécifiques de réalisation de tranches autoporteuses sont décrits ci-après :

- Dans un premier exemple, les conditions d'implantation sont choisies en sorte qu'à 415°C aucun bullage ne se produise dans le substrat donneur 100 lors de l'attente du dépôt de silicium liquide. Par exemple, on implante une dose d'hydrogène de 5x10 ¹⁶ atome/cm ³ à une énergie supérieure de 180 keV. Dans cet exemple, on dépose une couche intermédiaire 300 de 12 μηη de silicium amorphe sur le substrat donneur 100 implanté. Puis on dépose une couche de 20 μηη de silicium liquide 400 chauffé à la température de 1615°C, sur le substrat de silicium recouvert par la couche intermédiaire lesquels sont préchauffés à la température de 415°C. La structure est celle de la figure 2. La couche intermédiaire 300 est partiellement fondue sur une épaisseur 410 maximale de 1 ,8μη-ι. Le raidisseur, qui est constitué des épaisseurs non fondues 414, est supérieur à 10 μηη. La fracturation 510 est induite par la chaleur propagée dans la zone fragilisée 210 par implantation. Après fracturation on obtient le détachement d'un film de siliciu m formant une tranche autoporteuse 500 dont l'épaisseur obtenue est, comme souhaité dans cet exemple, supérieure à 33 μηη ce qui est très significativement supérieur à l'épaisseur obtenue avec un procédé d'implantation utilisant des implanteurs conventionnels puis de report de la couche superficielle.

Le tableau ci-après résume l'exemple ci-dessus et trois autres exemples de mises en œuvre du procédé de l'invention permettant d'obtenir des épaisseurs différentes de tranches autoporteuses.

Le procédé décrit ci-dessus répond ainsi aux objectifs de l'invention. Il a potentiellement une haute productivité tout en étant économe en matière première en ne prélevant à chaque cycle qu'une fine couche superficielle d'un substrat donneur servant avantageusement de germe lors de la solidification de la structure multicouches à produire. Il permet l'utilisation d'implanteurs conventionnels largement utilisés par l'industrie de la microélectronique. Le procédé est facilement adaptable notamment en raison de la présence de la couche intermédiaire qui permet de régler la contribution thermique apportée par le matériau semi-conducteur liquide déposé afin de provoquer la séparation au niveau de la zone fragilisée du substrat donneur sans qu'aucun cloquage ni autres dommages n'interviennent. Des traitements thermiques ultérieurs, pouvant être par exemple réalisés jusqu'à des températures de 1300°C, permettent d'adapter la qualité cristalline de ces tranches ainsi produites.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s'étend à des variantes de réalisation.

Notamment, bien que le mode de réalisation faisant l'objet de la description détaillée et des figures prévoit déjà plusieurs méthodes de dépôt du matériau semi conducteur, l'invention s'étend à toutes formes d'apport du matériau semi-conducteur liquide permettant d'obtenir une couche homogène, avec un faible

De ce qui précède, il apparaît clairement que la présente invention propose un procédé peu onéreux pour obtenir une tranche de matériau semi-conducteur dont l'épaisseur peut être librement choisie (typiquement, entre quelques micromètres et plusieurs centaines de micromètres) et de grande dimensions latérales (typiquement, de dimension latérale de plusieurs dizaines de centimètres permettant d'obtenir des surfaces 20 cm ² et 4 m ² , et plus particulièrement comprise entre 100 cm ² et 1600 cm ² ). L'invention s'avère particulièrement avantageuse pour la réalisation de tranches dédiées à la réalisation de cellules photovoltaïques, sans pour autant être limitée à cette application.