EP2888765A2 - Procede de realisation de contacts electriques d'un dispositif semi-conducteur - Google Patents

Procede de realisation de contacts electriques d'un dispositif semi-conducteur

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EP2888765A2
EP2888765A2 EP13756362.3A EP13756362A EP2888765A2 EP 2888765 A2 EP2888765 A2 EP 2888765A2 EP 13756362 A EP13756362 A EP 13756362A EP 2888765 A2 EP2888765 A2 EP 2888765A2
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EP
European Patent Office
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dielectric layer
layer
electrically conductive
opening
optically transparent
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13756362.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Thibaut Desrues
Sylvain DE VECCHI
Fabien OZANNE
Florent Souche
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2888765A2 publication Critical patent/EP2888765A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing electrical contacts of a semiconductor device, that is to say a method of metallization of this device.
  • This method is advantageously used to make electrical contacts, or metallizations, of photovoltaic cells.
  • Semiconductor devices such as photovoltaic cells have electrical contacts, or metallizations, for collecting the current and interconnecting the cells together.
  • these contacts When these contacts are made in front of the cells, they can be advantageously in the form of a grid to allow light to pass through the cells. To minimize the shading of these metallizations without causing resistive losses, it is necessary to reduce the width of the metallizations while maintaining a high electrical conductivity of the metallizations. This can be achieved by performing the metallizations via:
  • This parameter is equal to the ratio of the thickness over the width of the metal lines forming the metallizations.
  • Such an electrolytic deposition is selective insofar as the deposition is performed only on the electrically conductive areas. In the case where the entire surface on which the electrical contacts are made is electrically conductive, an electrolytically deposited material is thus deposited on the entire surface.
  • the masks used in the state of the art can be in resin, opaque, with a thickness of between a few hundred nanometers and several microns, and made by screen printing, inkjet or photolithography. These resin masks are removed after electroplating.
  • this method inspired by microelectronics, remains expensive to achieve the metallizations of photovoltaic cells.
  • the masks may also be made of transparent dielectric material (silicon nitride-SiN- for example), these masks may in this case also serve as an anti-reflective layer for the devices. This material can be advantageously opened with the aid of a laser and must not necessarily be removed after the electrolytic deposition. This limits the cost of producing the metallizations compared to the use of resin masks.
  • OTC Conductor
  • WO 2011/115206 A1 shows an application of such a method, wherein the laser aperture of the dielectric (in this case silicon oxide) is not selective with respect to the OTC.
  • the laser aperture therefore crosses the dielectric layer and the OTC with a significant risk of touching materials under the OTC.
  • a degradation of these materials leads to a decrease in the performance of photovoltaic cells.
  • the object of the present invention is to provide a method for making electrical contacts of a semiconductor device, advantageously via an electrolytic deposition (by a "electroplating” type deposit) or an electroless deposit (“electroless”), for example , on an electrically conductive and optically transparent layer (OTC) and through a dielectric layer that can serve as an antireflection layer to the semiconductor device, without degrading the material or materials located under the OTC.
  • an electrolytic deposition by a "electroplating" type deposit
  • electroless electroless deposit
  • the present invention proposes a method of producing at least one electrical contact of at least one semiconductor device, comprising at least the steps of:
  • first dielectric layer depositing at least one first dielectric layer on the electrically conductive and optically transparent layer, and at least one second dielectric layer on the first dielectric layer, the second dielectric layer being capable of being laser-etched selectively with respect to the first dielectric layer and the electrically conductive and optically transparent layer;
  • This method therefore uses, for depositing an electrically conductive material intended to produce the electrical contact or contacts of the device, a mask comprising at least two layers of dielectric material.
  • the upper dielectric layer (the second dielectric layer) is selectively laser etched to define the aperture (s) corresponding to the location of the electrical contact (s).
  • This selectivity of etching of the second dielectric layer vis-à-vis the first dielectric layer and the electrically conductive and optically transparent layer allows to implement a laser etching defining the location of the electrical contact or contacts without damaging the electrically layer conductive and optically transparent in that the energy of the laser radiation is absorbed by the second dielectric layer.
  • the aperture (s) defined by the previous laser etching through the second dielectric layer can then be extended through the first dielectric layer to reach the electrically conductive and optically transparent layer without having to use a laser, and therefore always without degrading the electrically conductive and optically transparent layer.
  • the realization of the second opening may comprise the implementation of a wet etching of the first dielectric layer through the first opening with a stop on the electrically conductive and optically transparent layer.
  • the semiconductor device may be a photovoltaic cell, said face of the semiconductor device being able to correspond to a front face of the photovoltaic cell intended to receive light radiation.
  • the deposition of the electrically conductive material may include the implementation of an electrolytic deposit.
  • the electrically conductive and optically transparent layer may be based on ITO and / or ZnO.
  • An absorption coefficient of the material of the second dielectric layer with respect to laser radiation to be used for the selective etching of the second dielectric layer may be greater than about 10 times that of the material of the first dielectric layer .
  • the wavelength of the laser used for the selective etching of the second dielectric layer may be between about 300 nm and 600 nm.
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer may be based on silicon nitride and / or silicon oxide, the material of the first dielectric layer may comprise a lower silicon concentration than the material of the second dielectric layer.
  • portions of the electrically conductive material may be deposited on the second dielectric layer, around the first opening.
  • the method may further comprise, after the deposition of the electrically conductive material on the electrically conductive and optically transparent layer, a step of etching portions of the second dielectric layer not covered by the portions of electrically conductive material.
  • the method may further comprise, between the step of producing the second opening and the step of depositing the electrically conductive material on the electrically conductive and optically transparent layer, a step of etching the second dielectric layer.
  • a step of etching the second dielectric layer may be deposited on portions of the first dielectric layer around the second openings.
  • FIGS. 7 and 8 show part of the steps of a method for producing electrical contacts of a semiconductor device, object of the present invention, according to a second embodiment.
  • FIGS. 1 to 6 show the steps of a method of making electrical contacts of a semiconductor device 100 according to a first embodiment.
  • the semiconductor device 100 is here a photovoltaic cell which, in Figures 1 to 6, is shown schematically for reasons of simplification of representation, as a single layer of material.
  • This photovoltaic cell 100 can be of any type (homojunction, heterojunction, multijunction, amorphous silicon compound, monocrystalline, polycrystalline, etc.).
  • the photovoltaic cell 100 comprises a front face 102 intended to receive light rays from which a photovoltaic conversion will be performed by the cell 100. At least a portion of the electrical contacts intended to carry out the collection of the current obtained via this photovoltaic conversion of the light received are intended to be made at this front face 102.
  • the first step is the deposition of an electrically conductive and optically transparent layer 104 on the front face 102 of the photovoltaic cell 100.
  • This layer 104 is electrically conductive because it is intended to form an electrical contact material for the metallizations, or electrical contacts, intended to be made on the front face of the cell 100.
  • the layer 104 is optically transparent because the light intended to be converted into electricity by the cell 100 must be able to cross this layer 104 and reach the semiconductor junction or semiconductors of the cell 100.
  • This layer 104 is here produced as it presents:
  • the layer 104 is based on at least one transparent conductive oxide (OTC) such as ⁇ (indium-tin oxide) and / or ZnO, and has a thickness (dimension along the axis Z shown in Figure 1) between about 10 nm and 100 nm.
  • OTC transparent conductive oxide
  • the layer 104 is based on ITO and has a thickness of between about 80 nm and 90 nm.
  • the layer 104 is preferably deposited on the front face 102 via a deposition process involving a deposition temperature of less than or equal to about 200 ° C. so as not to degrade the material or materials present during the deposition of this layer.
  • layer 104 for example by sputtering, that is to say the material of the cell 100.
  • a first dielectric layer 106 and a second dielectric layer 108 are then deposited on the layer 104.
  • the first dielectric layer 106 is intended to serve as an antireflection layer for the cell 100.
  • the two dielectric layers 106 and 108 will be used in cooperating with each other to form a deposition mask used for the deposition of the electrical contacts on the front face of the cell 100.
  • the first dielectric layer 106 is made here as it is: an absorption coefficient k 2 of less than or equal to approximately 0.1 for wavelengths of between approximately 300 nm and 1200 nm,
  • n 2 a refractive index n 2 of between approximately 1.7 and 2.5 at a wavelength of approximately 633 nm
  • the first dielectric layer 106 is here based on silicon nitride or silicon oxide with a low silicon concentration, for example of which silicon represents less than about 30% of its composition.
  • the first dielectric layer 106 also has a thickness of between about 10 nm and 100 nm, and for example equal to about 100 nm in this first embodiment.
  • the second dielectric layer 108 is made such that it has an absorption coefficient at a laser radiation greater than that of the first underlying dielectric layer 106 (which may be transparent to this laser radiation), advantageously such that k 3 > 10. k 2 for wavelengths between about 300 nm and 600 nm, and in particular for the wavelength of the laser that will be used thereafter for etching the second dielectric layer 108. This absorption coefficient k 3 is also greater than or equal to about 0.1 for wavelengths less than or equal to about 650 nm.
  • the second dielectric layer 108 is based on nitride or silicon oxide with a high concentration of silicon, for example of which silicon represents more than about 30% of its composition.
  • the second dielectric layer 108 further comprises a thickness of between about 10 nm and 100 nm, this thickness being equal to about 50 nm in this first embodiment.
  • the first dielectric layer 106 and the second dielectric layer 108 are preferably deposited on the layer 104 via a deposition process involving a deposition temperature of less than or equal to about 200 ° C., for example via chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD), which makes it possible not to degrade the materials under the layers 106 and 108 (materials of the layer 104 and the device 100).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • first openings 110 are then made through the second dielectric layer 108 by laser irradiation of parts of the surface of the layer 108.
  • This laser etching is for example implemented such as the wavelength.
  • the laser used is less than about 600 nm (and for example between about 300 nm and 600 nm), the laser fluence is between about 0.01 and 10 J / cm 2 , the laser frequency is between about 10 and 1000 kHz, and that the pitch of the laser is between about 1 and 100 ⁇ .
  • the pattern of the openings 110 made through the second dielectric layer 108 corresponds to that of the electrical contacts intended to be made on the front face of the cell 100.
  • the second dielectric layer 108 is capable of being selectively etched, during this laser etching step, with respect to the first dielectric layer 106 and the layer 104.
  • etching selectivity is obtained by virtue of the fact that the absorption coefficient k 3 of the second dielectric layer 108 is greater than that of the layers 104 and 106 for the wavelength of the laser used.
  • second openings 112 are then made through the first dielectric layer 106. These second openings 112 are made in the extension of the first openings 110. These second openings 112 are obtained by a selective etching, corresponding, for example to a wet etching carried out with a solution of HF (hydrofluoric acid) type, of parts of the first dielectric layer 106 with respect to the second dielectric layer 108 and the layer 104.
  • this solution has a concentration of HF elements equal to about 2%, and the etching is carried out for a period of about 10 minutes.
  • This etching selectivity of the material of the first dielectric layer 106 vis-à-vis the second dielectric layer 108 and the layer 104 is obtained because of the nature of the material of the first dielectric layer 106, here poor in silicon, which is optically poorly absorbent and grows faster than the material of the second dielectric layer 108 rich in silicon.
  • the remaining portions of the second dielectric layer 108 are then etched selectively with respect to the first dielectric layer 106 and to the layer 104, for example via wet etching implemented with a KOH type solution ( potassium hydroxide).
  • KOH type solution potassium hydroxide
  • This etching is here carried out for a duration equal to about 2 minutes.
  • This etching selectivity of the material of the second dielectric layer 108 vis-à-vis the first dielectric layer 106 and the layer 104 is obtained due to the nature of the material of the second dielectric layer 108, here at high silicon concentration which is optically more absorbent and etches faster than the material of the first dielectric layer 106 at low silicon concentration.
  • Metallizations 114 are then made in the second openings 112, in electrical contact with the parts of the layer 104 forming the bottom walls of the openings 112.
  • the material of the metallizations 114 is such that it has a conductivity ⁇ 3 greater than or equal to approximately 1.10 4 cm.sup.- 1 cm.sup.- 1 and an etch selectivity with respect to the materials of the layer 104 and the dielectric layers 106 and 108 (the layer 104 and the dielectric layers 106 and 108 thus also having a selectivity of etching vis-à-vis with respect to the metallization material 114).
  • the thickness of the metallizations 114 is here between about 5 ⁇ and 50 ⁇ .
  • the metallizations 114 are obtained here by electrolytic deposition of copper, for example implemented at a temperature of less than or equal to about 200 ° C.
  • Other electrically conductive materials may be used to make metallizations 114, such as, for example, nickel, aluminum, titanium, tungsten, etc. Parts of the metallizations 114 rest portions of the first dielectric layer 106 at the periphery of the second openings 112.
  • the steps of a method for producing electrical contacts of a semiconductor device 100 according to a second embodiment are now described.
  • the steps previously described in connection with FIGS. 1 to 4 are first of all implemented.
  • the metallizations 114 are deposited in the openings 110 and 112 (FIG. 7).
  • parts of the metallizations 114 rest on portions of the second dielectric layer 108 at the periphery of the first openings 110.
  • the second dielectric layer 108 is then etched as previously described for the first embodiment. Because the metallizations 114 were made before this etching, portions 116 of the second dielectric layer 108 covered by the metallizations 114 are retained after the etching of the second dielectric layer 108.

Landscapes

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Abstract

Procédé de réalisation d'un contact électrique (114) d'un dispositif semi-conducteur (100), comportant les étapes: dépôt d'une couche électriquement conductrice et optiquement transparente (104) sur une face (102) du dispositif; dépôt d'une première et d'une deuxième couches diélectriques (106, 108) sur ladite couche,la deuxième couche diélectrique étant gravable sélectivement par laser; gravure sélective laser de la deuxième couche diélectrique, formant une première ouverture; réalisation d'une deuxième ouverture alignée avec la première ouverture dans la première couche diélectrique; dépôt d'un matériau électriquement conducteur sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente à travers la deuxième ouverture tel que des portions du matériau électriquement conducteur sont déposées sur la deuxième couche diélectrique, autour de la première ouverture; gravure de parties de la deuxième couche diélectrique non recouvertes par les portions de matériau électriquement conducteur.

Description

PROCEDE DE REALISATION DE CONTACTS ELECTRIQUES D'UN DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un procédé de réalisation de contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur, c'est-à-dire un procédé de métallisation de ce dispositif.
Ce procédé est avantageusement mis en œuvre pour réaliser les contacts électriques, ou métallisations, de cellules photovoltaïques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Des dispositifs semi-conducteurs tels que les cellules photovoltaïques possèdent des contacts électriques, ou métallisations, servant à collecter le courant et à interconnecter les cellules entre elles.
Lorsque ces contacts sont réalisés en face avant des cellules, ils peuvent se présenter avantageusement sous forme de grille afin de laisser passer la lumière dans les cellules. Pour diminuer au maximum l'ombrage de ces métallisations sans provoquer de pertes résistives, il faut réduire la largeur des métallisations tout en conservant une conductivité électrique des métallisations élevée. Cela peut être obtenu en réalisant les métallisations via :
- une sérigraphie d'une pâte conductrice ;
- une évaporation ou une pulvérisation d'un métal ;
- un dépôt électrolytique de métal (« electroplating » en anglais).
La réalisation des métallisations par un dépôt électrolytique d'un métal permet, par voie humide et à faible coût, de réaliser un dépôt d'électrodes à grand rapport d'aspect (« aspect ratio » en anglais).
Ce paramètre est égal au rapport de l'épaisseur sur la largeur des lignes de métal formant les métallisations. Toutefois, il est intéressant de limiter ce rapport d'aspect afin de réduire l'ombrage occasionné par les métallisations. Un tel dépôt électrolytique est sélectif dans la mesure où le dépôt est effectué uniquement sur les zones électriquement conductrices. Dans le cas où toute la surface sur laquelle les contacts électriques sont réalisés est électriquement conductrice, un matériau déposé électrolytiquement se retrouve donc déposé sur toute cette surface.
II est dans ce cas nécessaire de masquer cette surface localement avec un matériau isolant, ou diélectrique, , par exemple en forme de grille, afin de ne réaliser le dépôt électrolytique que dans les zones souhaitées.
Les masques utilisés dans l'état de l'art peuvent être en résine, opaques, avec une épaisseur comprise entre de quelques centaines de nanomètres et plusieurs microns, et réalisés par sérigraphie, jet d'encre ou photolithographie. Ces masques en résine sont enlevés après le dépôt électrolytique. Toutefois, cette méthode, inspirée de la microélectronique, reste chère pour réaliser les métallisations de cellules photovoltaïques.
Les masques peuvent également être réalisés en matériau diélectrique transparent (nitrure de silicium— SiN- par exemple), ces masque pouvant dans ce cas servir également de couche antireflet pour les dispositifs. Ce matériau peut être avantageusement ouvert à l'aide d'un laser et ne doit donc pas nécessairement être enlevé après le dépôt électrolytique. Ceci limite le coût de la réalisation des métallisations par rapport à l'utilisation de masques en résine.
Sur certaines cellules photovoltaïques, un Oxyde Transparent
Conducteur (OTC) est utilisé comme matériau de contact sous les métallisations afin d'améliorer le contact électrique des métallisations.
Sur un tel OTC, il est possible d'utiliser des masques en résine mais il est beaucoup plus difficile d'utiliser des masques en matériau diélectrique transparent. En effet, les masques diélectriques et les OTC possèdent des indices de réfraction optiques semblables (1,8≤ n ≤ 2,2), ce qui rend compliqué l'ablation sélective du masque par rapport à l'OTC. Le document WO 2011/115206 Al montre une application d'un tel procédé, où l'ouverture laser du diélectrique (ici de l'oxyde de silicium) n'est pas sélective par rapport à l'OTC. L'ouverture laser traverse donc la couche diélectrique et l'OTC avec un risque important de toucher les matériaux situés sous l'OTC. Or, une dégradation de ces matériaux entraîne une baisse des performances des cellules photovoltaïques.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant de réaliser des contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur, avantageusement via un dépôt électrolytique (par un dépôt de type « electroplating ») ou un dépôt autocatalytique (« electroless ») par exemple, sur une couche électriquement conductrice et optiquement transparente (OTC) et à travers une couche diélectrique pouvant servir de couche antireflet au dispositif semi-conducteur, et cela sans dégrader le ou les matériaux situés sous l'OTC.
Pour cela, la présente invention propose un procédé de réalisation d'au moins un contact électrique d'au moins un dispositif semi-conducteur, comportant au moins les étapes de :
- dépôt d'au moins une couche électriquement conductrice et optiquement transparente sur au moins une face du dispositif semi-conducteur ;
- dépôt d'au moins une première couche diélectrique sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente, et d'au moins une deuxième couche diélectrique sur la première couche diélectrique, la deuxième couche diélectrique étant apte à être gravée sélectivement par laser par rapport à la première couche diélectrique et à la couche électriquement conductrice et optiquement transparente ;
- gravure sélective par laser de la deuxième couche diélectrique, formant au moins une première ouverture à travers la deuxième couche diélectrique, une partie de la première couche diélectrique formant une paroi de fond de la première ouverture ;
- réalisation d'au moins une deuxième ouverture alignée avec la première ouverture et traversant la première couche diélectrique ;
- dépôt d'au moins un matériau électriquement conducteur sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente au moins à travers la deuxième ouverture. Ce procédé utilise donc, pour réaliser le dépôt d'un matériau électriquement conducteur destiné à réaliser le ou les contacts électriques du dispositif, un masque comprenant au moins deux couches de matériau diélectrique. La couche diélectrique supérieure (la deuxième couche diélectrique) est gravée sélectivement par laser pour définir la ou les ouvertures correspondant à l'emplacement du ou des contacts électriques. Cette sélectivité de gravure de la deuxième couche diélectrique vis-à-vis de la première couche diélectrique et de la couche électriquement conductrice et optiquement transparente permet de mettre en œuvre une gravure laser définissant l'emplacement du ou des contacts électriques sans endommager la couche électriquement conductrice et optiquement transparente du fait que l'énergie du rayonnement laser est absorbé par la deuxième couche diélectrique. La ou les ouvertures définie(s) par la précédente gravure laser à travers la deuxième couche diélectrique peuvent ensuite être prolongées à travers la première couche diélectrique jusqu'à atteindre la couche électriquement conductrice et optiquement transparente sans avoir à utiliser un laser, et donc toujours sans dégrader la couche électriquement conductrice et optiquement transparente.
La réalisation de la deuxième ouverture peut comporter la mise en œuvre d'une gravure humide de la première couche diélectrique à travers la première ouverture avec arrêt sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente.
Le dispositif semi-conducteur peut être une cellule photovoltaïque, ladite face du dispositif semi-conducteur pouvant correspondre à une face avant de la cellule photovoltaïque destinée à recevoir un rayonnement lumineux.
Le dépôt du matériau électriquement conducteur peut comporter la mise en œuvre d'un dépôt électrolytique.
La couche électriquement conductrice et optiquement transparente peut être à base d'ITO et/ou de ZnO.
Un coefficient d'absorption du matériau de la deuxième couche diélectrique vis-à-vis d'un rayonnement laser destiné à être utilisé pour la gravure sélective de la deuxième couche diélectrique peut être supérieur à environ 10 fois celui du matériau de la première couche diélectrique. La longueur d'onde du laser utilisé pour la gravure sélective de la deuxième couche diélectrique peut être comprise entre environ 300 nm et 600 nm.
La première couche diélectrique et la deuxième couche diélectrique peuvent être à base de nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium, le matériau de la première couche diélectrique pouvant comprendre une concentration en silicium inférieure à celle du matériau de la deuxième couche diélectrique.
Lors du dépôt du matériau électriquement conducteur sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente, des portions du matériau électriquement conducteur peuvent être déposées sur la deuxième couche diélectrique, autour de la première ouverture. Dans ce cas, le procédé peut comporter en outre, après le dépôt du matériau électriquement conducteur sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente, une étape de gravure de parties de la deuxième couche diélectrique non recouvertes par les portions de matériau électriquement conducteur.
En variante, le procédé peut comporter en outre, entre l'étape de réalisation de la deuxième ouverture et l'étape de dépôt du matériau électriquement conducteur sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente, une étape de gravure de la deuxième couche diélectrique. Dans ce cas, des parties du matériau électriquement conducteur peuvent être déposées sur des parties de la première couche diélectrique, autour des deuxièmes ouvertures.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1 à 6 représentent les étapes d'un procédé de réalisation de contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ; - les figures 7 et 8 représentent une partie des étapes d'un procédé de réalisation de contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 6 qui représentent les étapes d'un procédé de réalisation de contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur 100 selon un premier mode de réalisation.
Le dispositif semi-conducteur 100 est ici une cellule photovoltaïque qui, sur les figures 1 à 6, est représentée schématiquement pour des raisons de simplification de représentation, comme une seule couche de matériau. Cette cellule photovoltaïque 100 peut être de n'importe quel type (à homojonctions, à hétérojonctions, multi- jonctions, composé de silicium amorphe, monocristalline, polycristallin, etc.). Dans le premier mode de réalisation décrit ici, la cellule photovoltaïque 100 comporte une face avant 102 destinée à recevoir des rayons lumineux à partir desquels une conversion photovoltaïque sera réalisée par la cellule 100. Au moins une partie des contacts électriques destinés à réaliser la collecte du courant obtenu via cette conversion photovoltaïque de la lumière reçue sont destinés à être réalisés au niveau de cette face avant 102.
Comme représenté sur la figure 1, on réalise tout d'abord le dépôt d'une couche 104 électriquement conductrice et optiquement transparente sur la face avant 102 de la cellule photovoltaïque 100. Cette couche 104 est électriquement conductrice car elle est destinée à former un matériau de contact électrique pour les métallisations, ou contacts électriques, destinées à être réalisées en face avant de la cellule 100. De plus, la couche 104 est optiquement transparente car la lumière destinée à être convertie en électricité par la cellule 100 doit pouvoir traverser cette couche 104 et atteindre la ou les jonctions semi- conductrices de la cellule 100.
Cette couche 104 est ici réalisée telle qu'elle présente :
- un coefficient d'absorption ki inférieur ou égal à environ 0,1 pour des longueurs d'ondes comprises entre environ 300 nm et 1200 nm,
- un indice de réfraction ni compris entre environ 1,7 et 2,5 à une longueur d'onde d'environ 633 nm, et
- une conductivité électrique oi supérieure ou égale à environ 1.10"2
S. cm 1.
Pour obtenir ces propriétés, la couche 104 est à base d'au moins un oxyde transparent conducteur (OTC) tel que de ΓΙΤΟ (oxyde d'indium-étain) et/ou du ZnO, et comporte une épaisseur (dimension selon l'axe Z représenté sur la figure 1) comprise entre environ 10 nm et 100 nm. Dans ce premier mode de réalisation, la couche 104 est à base d'ITO et comporte une épaisseur comprise entre environ 80 nm et 90 nm.
De plus, la couche 104 est de préférence déposée sur la face avant 102 via un procédé de dépôt mettant en jeu une température de dépôt inférieure ou égale à environ 200°C afin de ne pas dégrader le ou les matériaux présents lors du dépôt de cette couche 104, par exemple par pulvérisation, c'est-à-dire les matériau de la cellule 100.
Une première couche diélectrique 106 et une deuxième couche diélectrique 108 sont ensuite déposées sur la couche 104. La première couche diélectrique 106 est destinée à servir de couche antireflet à la cellule 100. De plus, les deux couches diélectriques 106 et 108 vont être utilisées en coopération l'une avec l'autre pour former un masque de dépôt utilisé pour le dépôt des contacts électriques en face avant de la cellule 100.
La première couche diélectrique 106 est réalisée ici telle qu'elle présente : - un coefficient d'absorption k2 inférieur ou égal à environ 0,1 pour des longueurs d'ondes comprises entre environ 300 nm et 1200 nm,
- un indice de réfraction n2 compris entre environ 1,7 et 2,5 à une longueur d'onde d'environ 633 nm,
- une conductivité électrique σ2 inférieure ou égale à environ 1.10 10
S. cm 1.
Pour obtenir ces propriétés, la première couche diélectrique 106 est ici à base de nitrure de silicium ou d'oxyde de silicium à faible concentration en silicium, par exemple dont le silicium représente moins d'environ 30 % de sa composition. La première couche diélectrique 106 comporte également une épaisseur comprise entre environ 10 nm et 100 nm, et par exemple égale à environ 100 nm dans ce premier mode de réalisation.
La deuxième couche diélectrique 108 est réalisée telle qu'elle présente un coefficient d'absorption à un rayonnement laser supérieur à celui de la première couche diélectrique 106 sous-jacente (qui peut être transparente à ce rayonnement laser), avantageusement tel que k3 > 10. k2 pour des longueurs d'onde comprises entre environ 300 nm et 600 nm, et notamment pour la longueur d'onde du laser qui sera utilisé par la suite pour graver la deuxième couche diélectrique 108. Ce coefficient d'absorption k3 est également choisi supérieur ou égal à environ 0,1 pour des longueurs d'onde inférieures ou égales à environ 650 nm.
Dans ce premier mode de réalisation, la deuxième couche diélectrique 108 est à base de nitrure ou d'oxyde de silicium à forte concentration en silicium, par exemple dont le silicium représente plus d'environ 30 % de sa composition. La deuxième couche diélectrique 108 comporte en outre une épaisseur comprise entre environ 10 nm et 100 nm, cette épaisseur étant égale à environ 50 nm dans ce premier mode de réalisation.
La première couche diélectrique 106 et la deuxième couche diélectrique 108 sont de préférence déposées sur la couche 104 via un procédé de dépôt mettant en jeu une température de dépôt inférieure ou égale à environ 200°C, par exemple via des dépôts chimiques en phase vapeur (CVD) ou des dépôts physiques en phase vapeur (PVD), ce qui permet de ne pas dégrader les matériaux se trouvant sous les couches 106 et 108 (matériaux de la couche 104 et du dispositif 100).
Comme représenté sur la figure 3, on réalise ensuite des premières ouvertures 110 à travers la deuxième couche diélectrique 108 par irradiation laser de parties de la surface de la couche 108. Cette gravure laser est par exemple mise en œuvre telle que la longueur d'onde du laser utilisé soit inférieure à environ 600 nm (et par exemple comprise entre environ 300 nm et 600 nm), que la fluence du laser soit comprise entre environ 0,01 et 10 J/cm2, que la fréquence du laser soit comprise entre environ 10 et 1000 kHz, et que le pas du laser soit compris entre environ 1 et 100 μιη.
Le motif des ouvertures 110 réalisées à travers la deuxième couche diélectrique 108 correspond à celui des contacts électriques destinés à être réalisés en face avant de la cellule 100.
Compte tenu des paramètres optiques des couches 104, 106 et 108 exposés précédemment, la deuxième couche diélectrique 108 est apte à être gravée sélectivement, lors de cette étape de gravure laser, par rapport à la première couche diélectrique 106 et à la couche 104. Cette sélectivité de gravure est notamment obtenue grâce au fait que le coefficient d'absorption k3 de la deuxième couche diélectrique 108 est supérieur à ceux des couches 104 et 106 pour la longueur d'onde du laser utilisé.
Comme représenté sur la figure 4, des deuxièmes ouvertures 112 sont ensuite réalisées à travers la première couche diélectrique 106. Ces deuxièmes ouvertures 112 sont réalisées dans le prolongement des premières ouvertures 110. Ces deuxièmes ouvertures 112 sont obtenues par une gravure sélective, correspondant par exemple à une gravure humide mise en œuvre avec une solution de type HF (acide fluorhydrique), de parties de la première couche diélectrique 106 vis-à-vis de la deuxième couche diélectrique 108 et de la couche 104. Dans cet exemple de réalisation, cette solution a une concentration en éléments HF égale à environ 2 %, et la gravure est réalisée pendant une durée égale à environ 10 minutes.
Cette sélectivité de gravure du matériau de la première couche diélectrique 106 vis-à-vis de la deuxième couche diélectrique 108 et de la couche 104 est obtenue en raison de la nature du matériau de la première couche diélectrique 106, ici pauvre en silicium, qui est optiquement peu absorbante et se grave plus rapidement que le matériau de la deuxième couche diélectrique 108 riche en silicium.
Comme représenté sur la figure 5, les parties restantes de la deuxième couche diélectrique 108 sont ensuite gravées sélectivement par rapport à la première couche diélectrique 106 et à la couche 104, par exemple via une gravure humide mise en œuvre avec une solution de type KOH (hydroxyde de potassium).
Cette gravure est ici réalisée pendant une durée égale à environ 2 minutes. Cette sélectivité de gravure du matériau de la deuxième couche diélectrique 108 vis-à-vis de la première couche diélectrique 106 et de la couche 104 est obtenue en raison de la nature du matériau de la deuxième couche diélectrique 108, ici à forte concentration en silicium, qui est optiquement plus absorbante et se grave plus rapidement que le matériau de la première couche diélectrique 106 à faible concentration en silicium.
Des métallisations 114 sont ensuite réalisées dans les deuxièmes ouvertures 112, en contact électriquement avec les parties de la couche 104 formant les parois de fond des ouvertures 112. Le matériau des métallisations 114 est tel qu'il présente une conductivité σ3 supérieure ou égale à environ 1.104 S. cm 1 et une sélectivité de gravure vis-à-vis des matériaux de la couche 104 et des couches diélectriques 106 et 108 (la couche 104 et les couches diélectriques 106 et 108 présentant donc également une sélectivité de gravure vis-à-vis du matériau des métallisations 114).
L'épaisseur des métallisations 114 (dimension selon l'axe Z) est ici comprise entre environ 5 μιη et 50 μιη.
De plus, les métallisations 114 sont ici obtenues via un dépôt électrolytique de cuivre, par exemple mis en œuvre à une température inférieure ou égale à environ 200°C. D'autre matériaux électriquement conducteurs peuvent être utilisés pour réaliser les métallisations 114, comme par exemple le nickel, l'aluminium, le titane, le tungstène, etc. Des parties des métallisations 114 reposent des parties de la première couche diélectrique 106 en périphérie des deuxièmes ouvertures 112.
On décrit maintenant les étapes d'un procédé de réalisation de contacts électriques d'un dispositif semi-conducteur 100 selon un deuxième mode de réalisation. Les étapes précédemment décrites en liaison avec les figures 1 à 4 sont tout d'abord mises en œuvre. Ensuite, au lieu de retirer les parties restantes de la deuxième couche diélectrique 108 comme dans le premier mode de réalisation, on réalise le dépôt des métallisations 114 dans les ouvertures 110 et 112 (figure 7). Ainsi, des parties des métallisations 114 reposent sur des parties de la deuxième couche diélectrique 108 en périphérie des premières ouvertures 110.
Comme représenté sur la figure 8, on grave ensuite la deuxième couche diélectrique 108 comme précédemment décrit pour le premier mode de réalisation. Du fait que les métallisations 114 ont été réalisées avant cette gravure, des parties 116 de la deuxième couche diélectrique 108 recouvertes par les métallisations 114 sont conservées après la gravure de la deuxième couche diélectrique 108.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'au moins un contact électrique (114) d'au moins un dispositif semi-conducteur (100), comportant au moins les étapes de :
- dépôt d'au moins une couche électriquement conductrice et optiquement transparente (104) sur au moins une face (102) du dispositif semiconducteur ;
- dépôt d'au moins une première couche diélectrique (106) sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente, et d'au moins une deuxième couche diélectrique (108) sur la première couche diélectrique, la deuxième couche diélectrique étant apte à être gravée sélectivement par laser par rapport à la première couche diélectrique et à la couche électriquement conductrice et optiquement transparente ;
- gravure sélective par laser de la deuxième couche diélectrique, formant au moins une première ouverture (110) à travers la deuxième couche diélectrique, une partie de la première couche diélectrique formant une paroi de fond de la première ouverture ;
- réalisation d'au moins une deuxième ouverture (112) alignée avec la première ouverture et traversant la première couche diélectrique ;
- dépôt d'au moins un matériau électriquement conducteur (114) sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente au moins à travers la deuxième ouverture tel que des portions du matériau électriquement conducteur sont déposées sur la deuxième couche diélectrique, autour de la première ouverture ;
- gravure de parties de la deuxième couche diélectrique non recouvertes par les portions de matériau électriquement conducteur.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la réalisation de la deuxième ouverture (112) comporte la mise en œuvre d'une gravure humide de la première couche diélectrique (106) à travers la première ouverture (110) avec arrêt sur la couche électriquement conductrice et optiquement transparente (104).
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif semi-conducteur (100) est une cellule photovoltaïque, ladite face (102) du dispositif semi-conducteur (100) correspondant à une face avant de la cellule photovoltaïque destinée à recevoir un rayonnement lumineux.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dépôt du matériau électriquement conducteur (114) comporte la mise en œuvre d'un dépôt électrolytique.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche électriquement conductrice et optiquement transparente (104) est à base d'ITO et/ou de ZnO.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un coefficient d'absorption du matériau de la deuxième couche diélectrique (108) vis-à- vis d'un rayonnement laser destiné à être utilisé pour la gravure sélective de la deuxième couche diélectrique (108) est supérieur à environ 10 fois celui du matériau de la première couche diélectrique (106).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la longueur d'onde du laser utilisé pour la gravure sélective de la deuxième couche diélectrique (108) est comprise entre environ 300 nm et 600 nm.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche diélectrique (106) et la deuxième couche diélectrique (108) sont à base de nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium, le matériau de la première couche diélectrique (106) comprenant une concentration en silicium inférieure à celle du matériau de la deuxième couche diélectrique (108).
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