DE102010033943A1 - Method and apparatus for heating semiconductor material - Google Patents

Method and apparatus for heating semiconductor material Download PDF

Info

Publication number
DE102010033943A1
DE102010033943A1 DE102010033943A DE102010033943A DE102010033943A1 DE 102010033943 A1 DE102010033943 A1 DE 102010033943A1 DE 102010033943 A DE102010033943 A DE 102010033943A DE 102010033943 A DE102010033943 A DE 102010033943A DE 102010033943 A1 DE102010033943 A1 DE 102010033943A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor material
positioning surface
alternating current
conductor
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102010033943A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102010033943A priority Critical patent/DE102010033943A1/en
Priority to PCT/EP2011/063711 priority patent/WO2012020024A1/en
Publication of DE102010033943A1 publication Critical patent/DE102010033943A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H01L21/3242—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering for the formation of PN junctions without addition of impurities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864—Annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Heizen von Halbleitermaterial (2) angegeben, bei dem ein Halbleitermaterial mit zumindest einem dotierten Halbleiterbereich (21, 22) relativ zu einer Induktoranordnung (3) positioniert wird und ein Wechselstrom in die Induktoranordnung (3) eingeprägt wird, so dass in dem dotierten Halbleiterbereich (21, 22) ein elektrischer Strom induziert wird. Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Heizen von Halbleitermaterial angegeben.A method for heating semiconductor material (2) is specified in which a semiconductor material with at least one doped semiconductor region (21, 22) is positioned relative to an inductor arrangement (3) and an alternating current is impressed into the inductor arrangement (3), so that an electric current is induced in the doped semiconductor region (21, 22). Furthermore, a device for heating semiconductor material is specified.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Heizen von Halbleitermaterial sowie eine Vorrichtung zum Heizen von Halbleitermaterial.The present application relates to a method of heating semiconductor material and to a device for heating semiconductor material.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wird typischerweise eine Vielzahl von Verfahrensschritten durchgeführt, die in der Regel unterschiedliche Temperaturbereiche erfordern. Zum Heizen der zu bearbeitenden Halbleiterwafer auf die jeweils erforderliche Temperatur kann Wärmeübertragung durch Konvektion, beispielsweise in Rohröfen, oder durch Wärmestrahlung Anwendung finden. Die hohe Wärmekapazität solcher Öfen führt jedoch dazu, dass Heiz- und Abkühlvorgänge nur mit vergleichsweise langsamen Temperaturänderungen durchgeführt werden können, wodurch sich die Herstellungsdauer erhöht.In the manufacture of semiconductor devices, a plurality of process steps are typically performed, which typically require different temperature ranges. For heating the semiconductor wafer to be processed to the particular required temperature, heat transfer by convection, for example in tube furnaces, or by thermal radiation can be used. However, the high heat capacity of such ovens means that heating and cooling processes can be performed only with relatively slow temperature changes, thereby increasing the production time.

Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Halbleitermaterial schnell und zuverlässig auf einen vorgegebenen Wert geheizt werden kann. Weiterhin soll eine Vorrichtung angegeben werden, die ein schnelles und zuverlässiges Heizen von Halbleitermaterial erlaubt.One object is to provide a method by which semiconductor material can be heated quickly and reliably to a predetermined value. Furthermore, a device is to be specified, which allows a fast and reliable heating of semiconductor material.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a method or a device according to the independent patent claims. Embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Bei einem Verfahren zum Heizen eines Halbleitermaterials wird gemäß einer Ausführungsform ein Halbleitermaterial mit zumindest einem dotierten Halbleiterbereich bereitgestellt. Das Halbleitermaterial wird relativ zu einer Induktoranordnung positioniert. Ein Wechselstrom wird in die Induktoranordnung eingeprägt, so dass in dem dotierten Halbleiterbereich ein elektrischer Strom induziert wird.In a method for heating a semiconductor material, according to one embodiment, a semiconductor material having at least one doped semiconductor region is provided. The semiconductor material is positioned relative to an inductor arrangement. An alternating current is impressed into the inductor arrangement, so that an electric current is induced in the doped semiconductor region.

Eine Vorrichtung zum Heizen eines Halbleitermaterials weist gemäß einer Ausführungsform eine Induktoranordnung auf, die dafür vorgesehen ist, bei einer Einprägung eines Wechselstroms ein zeitlich veränderliches Magnetfeld zu erzeugen, das eine Positionierungsfläche für das Halbleitermaterial durchdringt.A device for heating a semiconductor material has, according to one embodiment, an inductor arrangement which is provided to generate a time-varying magnetic field when an alternating current is impressed, which penetrates a positioning surface for the semiconductor material.

Durch Anordnen des Halbleitermaterials im Bereich der Positionierungsfläche kann das Halbleitermaterial im Betrieb der Vorrichtung induktiv geheizt werden. Unter einer Positionierungsfläche wird allgemein ein Bereich verstanden, der sich in einer vorgegebenen Position relativ zur Induktoranordnung befindet und der für die Positionierung des zu behandelnden Halbleitermaterials vorgesehen ist. Die Positionierungsfläche kann beispielsweise durch eine Halterung für das Halbleitermaterial vorgegeben sein.By arranging the semiconductor material in the region of the positioning surface, the semiconductor material can be heated inductively during operation of the device. A positioning surface is generally understood to mean a region which is located in a predetermined position relative to the inductor arrangement and which is provided for the positioning of the semiconductor material to be treated. The positioning surface can be predetermined, for example, by a holder for the semiconductor material.

Ein für das Heizen des Halbleitermaterials auf eine vorgegebene Temperatur erforderlicher Energieeintrag erfolgt direkt über eine Induktion eines elektrischen Stroms in dem dotierten Halbleiterbereich. Mit anderen Worten erfolgt die für das Heizen maßgebliche Induktion des elektrischen Stroms nicht in einem Teil der Vorrichtung, sondern in dem in der Vorrichtung zu heizenden Halbleitermaterial selbst, insbesondere in dem dotierten Halbleiterbereich. Es ist somit nicht erforderlich, zumindest Teile der Vorrichtung, beispielsweise eine Halterung für das Halbleitermaterial oder eine das Halbleitermaterial umgehende Wand, zu heizen. Verglichen mit einem Heizen basierend auf Konvektion oder mittels eines thermischen Strahlers können so zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur in zuverlässiger und reproduzierbarer Weise besonders schnelle Temperaturänderungen erzielt werden. Das Herstellungsverfahren für die aus dem Halbleitermaterial hervorgehenden Halbleiterbauelemente kann beschleunigt werden.A required for the heating of the semiconductor material to a predetermined temperature energy input takes place directly via an induction of an electric current in the doped semiconductor region. In other words, the relevant for the heating induction of the electric current is not carried out in a part of the device, but in the semiconductor material to be heated in the device itself, in particular in the doped semiconductor region. It is thus not necessary to heat at least parts of the device, for example a holder for the semiconductor material or a wall bypassing the semiconductor material. Compared to a heating based on convection or by means of a thermal radiator so particularly fast temperature changes can be achieved in a reliable and reproducible manner for setting a predetermined temperature. The manufacturing process for the semiconductor devices resulting from the semiconductor material can be accelerated.

Das Halbleitermaterial kann eine, vorzugsweise epitaktisch abgeschiedene Halbleiterschichtenfolge aufweisen.The semiconductor material may have a, preferably epitaxially deposited semiconductor layer sequence.

In einer Ausgestaltungsvariante weist das Halbleitermaterial ein Substrat auf. Auf dem Substrat kann die Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein.In one embodiment variant, the semiconductor material has a substrate. The semiconductor layer sequence can be arranged on the substrate.

Der dotierte Halbleiterbereich kann in dem Substrat und/oder in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet sein.The doped semiconductor region may be formed in the substrate and / or in the semiconductor layer sequence.

In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist das Halbleitermaterial auf einem Substrat angeordnet, das elektrisch isolierend ist oder zumindest eine nur sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der dotierte Halbleiterbereich ist in diesem Fall in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Das Heizen kann also weitgehend unabhängig von dem Substrat erfolgen. Für das Substrat kann daher auch ein Material Anwendung finden, das elektrisch isolierend ist oder eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und deshalb nicht beziehungsweise nur wenig effektiv induktiv heizbar wäre.In an alternative embodiment variant, the semiconductor material is arranged on a substrate which is electrically insulating or at least has only a very low electrical conductivity. The doped semiconductor region is formed in the semiconductor layer sequence in this case. The heating can thus be largely independent of the substrate. For the substrate can therefore also find a material application that is electrically insulating or has a relatively low electrical conductivity and therefore would not or only slightly effective inductively heated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Induktoranordnung derart ausgebildet, dass ein durch den Wechselstrom hervorgerufenes zeitlich veränderliches Magnetfeld eine Haupterstreckungsebene des Halbleitermaterials, insbesondere der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge, in lateraler Richtung, also entlang einer in der Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung, homogen durchdringt.In a preferred embodiment, the inductor arrangement is designed such that a time-varying magnetic field caused by the alternating current homogeneously penetrates a main extension plane of the semiconductor material, in particular the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence, in a lateral direction, ie along a direction extending in the main extension plane.

Unter einem homogenen Magnetfeld wird in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden, dass die magnetische Flussdichte betragsmäßig über die Halbleiterschichtenfolge um höchstens 50% von einer über die Halbleiterschichtenfolge gemittelten Feldstärke abweicht. Besonders bevorzugt beträgt die Abweichung höchstens 20%. In this context, a homogeneous magnetic field is understood in particular to mean that the magnetic flux density deviates in absolute terms over the semiconductor layer sequence by at most 50% from a field strength averaged over the semiconductor layer sequence. Most preferably, the deviation is at most 20%.

Weiterhin bevorzugt verlaufen die Feldlinien des Magnetfelds senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht, etwa mit einer Abweichung von höchstens +/–10°, zu der Haupterstreckungsebene des Halbleitermaterials. Bei einer senkrechten Ausrichtung des Magnetfelds relativ zur Haupterstreckungsebene wird in dem dotierten Halbleiterbereich ein Strom entlang der Haupterstreckungsebene induziert.Further preferably, the field lines of the magnetic field are perpendicular or at least substantially perpendicular, for example with a deviation of at most +/- 10 °, to the main extension plane of the semiconductor material. With a perpendicular orientation of the magnetic field relative to the main extension plane, a current is induced in the doped semiconductor region along the main extension plane.

In einer Ausgestaltungsvariante weist die Induktoranordnung zumindest zwei Spulen auf, wobei die Positionierungsfläche weiterhin bevorzugt zwischen den zumindest zwei Spulen angeordnet ist. Das Spulenpaar kann insbesondere als eine Helmholtz-Spule ausgebildet sein. Bei einer Helmholtz-Spule verlaufen die Rotationsachsen zweier ringförmiger Spulen mit Radius R deckungsgleich zueinander, wobei die Spulen im Abstand R parallel zueinander angeordnet und gleichsinnig bestromt sind. Mit einem solchen Spulenpaar kann zwischen den Spulen, insbesondere entlang der Rotationsachse, ein besonders gleichmäßiges Magnetfeld erzielt werden, dessen Feldlinien parallel zur Rotationsachse der Spulen verlaufen.In one embodiment variant, the inductor arrangement has at least two coils, wherein the positioning surface is furthermore preferably arranged between the at least two coils. The coil pair may in particular be designed as a Helmholtz coil. In a Helmholtz coil, the axes of rotation of two annular coils with radius R are congruent to each other, wherein the coils are arranged at a distance R parallel to each other and energized in the same direction. With such a coil pair, a particularly uniform magnetic field can be achieved between the coils, in particular along the axis of rotation, whose field lines run parallel to the axis of rotation of the coils.

In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist die Induktoranordnung auf nur einer Seite der Positionierungsfläche ausgebildet. Im einfachsten Fall kann die Spule aus einer einzigen Windung bestehen.In an alternative embodiment variant, the inductor arrangement is formed on only one side of the positioning surface. In the simplest case, the coil may consist of a single turn.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsvariante ist die Induktoranordnung mittels zweier Leiter gebildet, die parallel oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und weiterhin bevorzugt gegensinnig bestromt werden. Zumindest einer der Leiter verläuft vorzugsweise parallel zur Positionierungsfläche und somit parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleitermaterials. Die Positionierungsfläche ist vorzugsweise zwischen den Leitern angeordnet, so dass sich im Betrieb der Vorrichtung ein Magnetfeld einstellt, das die Postionierungsfläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht durchdringt.In a further alternative embodiment variant, the inductor arrangement is formed by means of two conductors which run parallel or substantially parallel to one another and are furthermore preferably supplied with current in opposite directions. At least one of the conductors preferably runs parallel to the positioning surface and thus parallel to the main extension plane of the semiconductor material. The positioning surface is preferably arranged between the conductors, so that during operation of the device a magnetic field is established which penetrates the positioning surface perpendicularly or substantially perpendicularly.

Der in die Induktoranordnung eingeprägte Strom ist vorzugsweise derart an den dotierten Halbleiterbereich angepasst, insbesondere hinsichtlich der Stromstärke und der Frequenz, dass der in dem dotierten Halbleiterbereich induzierte Strom einen Bereich der Halbleiterschichtenfolge auf einen vorgegebenen Wert heizt.The current impressed into the inductor arrangement is preferably adapted to the doped semiconductor region, in particular with respect to the current intensity and the frequency, such that the current induced in the doped semiconductor region heats a region of the semiconductor layer sequence to a predetermined value.

Aufgrund des sogenannten Skin-Effekts wird Wechselstrom in elektrischen Leitern zur Oberfläche des Leiters hin verdrängt, so dass die Stromdichte im Inneren des Leiters abnimmt. Ein Maß für die Tiefe des Eindringens ist die Skin-Tiefe. Diese gibt denjenigen Abstand von der Oberfläche an, bei dem die Stromstärke auf das 1/e-fache (also auf einen Wert von etwa 37% des Werts an der Oberfläche) abgefallen ist.Due to the so-called skin effect, alternating current in electrical conductors is displaced towards the surface of the conductor, so that the current density in the interior of the conductor decreases. A measure of the depth of penetration is the skin depth. This indicates the distance from the surface at which the current has fallen to 1 / e times (ie to a value of about 37% of the value at the surface).

Die Skin-Tiefe berechnet sich zu

Figure 00060001
wobei ρ der spezifische Widerstand, μ das Produkt aus Vakuumpermeabilität μ0 und relativer Permeabilität μr, π die Kreiszahl und f die Frequenz des Wechselstroms ist.The skin depth is calculated too
Figure 00060001
where ρ is the resistivity, μ is the product of vacuum permeability μ 0 and relative permeability μ r , π is the circle number and f is the frequency of the alternating current.

Typischerweise ist der Energieeintrag für das Heizen am größten, wenn die Dicke eines zu heizenden Objekts, also die Ausdehnung des Objekts entlang der Feldlinien des durchdringenden Magnetfelds, etwa der doppelten Skin-Tiefe entspricht.Typically, the energy input for heating is greatest when the thickness of an object to be heated, ie, the extent of the object along the field lines of the penetrating magnetic field, is about twice the skin depth.

Für das Heizen von dotiertem Halbleitermaterial hat sich jedoch herausgestellt, dass sich auch Frequenzen eignen, bei denen die Skin-Tiefe größer ist als die Dicke des dotierten Halbleiterbereichs. Vorzugsweise ist die Skin-Tiefe mindestens um den Faktor 10 größer ist als die Dicke des dotierten Halbleiterbereichs, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 100. Für eine ausreichend effiziente Einkopplung beträgt der Faktor vorzugsweise höchstens 100000.For the heating of doped semiconductor material, however, it has been found that frequencies are also suitable in which the skin depth is greater than the thickness of the doped semiconductor region. Preferably, the skin depth is at least a factor of 10 greater than the thickness of the doped semiconductor region, more preferably at least a factor of 100. For a sufficiently efficient coupling, the factor is preferably at most 100,000.

Auf diese Weise können Frequenzen für den Wechselstrom Anwendung finden, bei denen die Vorrichtung vergleichsweise einfach und kostengünstig realisierbar ist.In this way, frequencies for the alternating current can be used, in which the device is relatively simple and inexpensive to implement.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Wechselstrom eine Frequenz zwischen einschließlich 1 kHz und einschließlich 20 GHz, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10 kHz und einschließlich 1 GHz, am meisten bevorzugt zwischen einschließlich 10 kHz und einschließlich 100 MHz, auf.In a preferred embodiment, the alternating current has a frequency between 1 kHz and 20 GHz inclusive, more preferably between 10 kHz and 1 GHz inclusive, most preferably between 10 kHz and 100 MHz inclusive.

Der Bereich unterhalb von 1 GHz ist besonders geeignet, da in diesem Fall auf aufwendige Methoden zur Wechselstromführung, beispielsweise die Verwendung von Hohlleitern, verzichtet werden kann.The range below 1 GHz is particularly suitable because in this case can be dispensed with expensive methods for AC power, for example, the use of waveguides.

Bei dem beschriebenen Verfahren kann für das Halbleitermaterial eine Solltemperatur vorgegeben werden, die je nach dem durchzuführenden Verfahrensschritt in weiten Grenzen einstellbar ist. Vorzugsweise wird das Halbleitermaterial auf eine Temperatur zwischen einschließlich 50°C und einschließlich 1000°C geheizt. In the method described, a setpoint temperature can be predetermined for the semiconductor material, which can be set within wide limits depending on the method step to be carried out. Preferably, the semiconductor material is heated to a temperature between 50 ° C inclusive and 1000 ° C inclusive.

Das beschriebene induktive Heizen von Halbleitermaterial ist allgemein für Herstellungsschritte geeignet, bei denen Halbleitermaterial auf eine vorgegebene Temperatur gebracht werden soll, beispielsweise für eine thermische Aktivierung von Halbleiterschichten, für die Verringerung eines Kontaktwiderstands zwischen Halbleitermaterial und einer Kontaktmetallisierung oder für eine Abscheidung von einem auf dem Halbleitermaterial aufzubringenden Material, etwa durch Aufdampfen oder Sputtern.The described inductive heating of semiconductor material is generally suitable for manufacturing steps in which semiconductor material is to be brought to a predetermined temperature, for example for a thermal activation of semiconductor layers, for reducing a contact resistance between semiconductor material and a contact metallization or for a deposition of one on the semiconductor material applied material, such as by vapor deposition or sputtering.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der dotierte Halbleiterbereich einen spezifischen Widerstand von höchstens 100 Ωcm, besonders bevorzugt von höchstens 10 Ωcm, am meisten bevorzugt von höchstens 1 Ωcm, auf. Je nach zu heizendem Material kann bereits eine intrinsische Dotierung ausreichend sein. Durch eine Erhöhung der Dotierkonzentration kann typischerweise der spezifische Widerstand reduziert werden. Dadurch kann die Skin-Tiefe verringert werden, so dass auch bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen des Wechselstroms ein effektiver induktiver Energieeintrag in das Halbleitermaterial erfolgen kann.In a preferred embodiment, the doped semiconductor region has a specific resistance of at most 100 Ωcm, more preferably of at most 10 Ωcm, most preferably of at most 1 Ωcm. Depending on the material to be heated, an intrinsic doping may already be sufficient. By increasing the doping concentration, typically the resistivity can be reduced. Thereby, the skin depth can be reduced, so that even at comparatively low frequencies of the alternating current, an effective inductive energy input into the semiconductor material can take place.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist auf einer Seite der Positionierungsfläche ein Strahlungsschild angeordnet, der eine im Betrieb der Vorrichtung von dem Halbleitermaterial abgestrahlte Wärmestrahlung dem Halbleitermateiral zumindest teilweise wieder zuführt, beispielsweise durch Reflexion der Wärmestrahlung oder durch Absorption und nachfolgende Re-Emission. Bei einer einseitigen Anordnung des Strahlungsschilds ist die Halbleiterschichtenfolge von der dem Strahlungsschild abgewandten Seite her zugänglich, beispielsweise für ein Aufdampfen oder ein Sputtern.In a preferred embodiment of the device, a radiation shield is arranged on one side of the positioning surface, which at least partially re-feeds a radiant heat emitted by the semiconductor material during operation of the device, for example by reflection of the heat radiation or by absorption and subsequent re-emission. In a one-sided arrangement of the radiation shield, the semiconductor layer sequence is accessible from the side facing away from the radiation shield, for example for vapor deposition or sputtering.

In einer Weiterbildung ist auf einer dem Strahlungsschild gegenüberliegenden Seite der Positionierungsfläche ein weiterer Strahlungsschild angeordnet, der eine im Betrieb der Vorrichtung von dem Halbleitermaterial abgestrahlte Wärmestrahlung dem Halbleitermaterial zumindest teilweise wieder zuführt.In a further development, a further radiation shield is arranged on a radiation shield opposite side of the positioning surface, which at least partially feeds a radiated from the semiconductor material during operation of the device thermal radiation to the semiconductor material again.

Mittels des Strahlungsschilds beziehungsweise der Strahlungsschilde kann die von dem Halbleitermaterial abgestrahlte Wärmestrahlung zur Steigerung der Temperatur der Halbleiterschichtenfolge bei gleichem induktivem Energieeintrag in das Halbleitermaterial zurück gelenkt werden.By means of the radiation shield or the radiation shields, the heat radiation emitted by the semiconductor material can be directed back into the semiconductor material to increase the temperature of the semiconductor layer sequence with the same inductive energy input.

Vorzugsweise ist der Strahlungsschild und/oder der weitere Strahlungsschild für das zeitlich veränderliche magnetische Feld durchlässig. Bevorzugt absorbiert der Strahlungsschild höchstens 20% des Betrags der magnetischen Flussdichte des hindurch tretenden magnetischen Felds.Preferably, the radiation shield and / or the further radiation shield for the time-varying magnetic field is permeable. Preferably, the radiation shield absorbs at most 20% of the magnitude of the magnetic flux density of the passing magnetic field.

Die beschriebene Vorrichtung ist zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens besonders geeignet. Im Zusammenhang mit der Vorrichtung angeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.The device described is particularly suitable for carrying out the method described above. Features cited in connection with the device can therefore also be used for the method and vice versa.

Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Further features, embodiments and expediencies will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.

Es zeigen:Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung in schematischer Schnittansicht; 1 a first embodiment of a device in a schematic sectional view;

2 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung in schematischer Schnittansicht; und 2 a second embodiment of a device in a schematic sectional view; and

3 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung in schematischer Schnittansicht. 3 a third embodiment of a device in a schematic sectional view.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.

Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.The figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not to be considered to scale. Rather, individual elements may be exaggerated in size for better representability and / or better understanding.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung ist in 1 schematisch gezeigt. In der Vorrichtung 1 ist als Halbleitermaterial exemplarisch eine auf einem Substrat 25 angeordnete Halbleiterschichtenfolge 2 für eine Lumineszenzdiode mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20, der zwischen einem n-leitend dotierten ersten Halbleiterbereich 21 und einem p-leitend dotierten zweiten Halbleiterbereich 22 verläuft, angeordnet. Die Vorrichtung eignet sich aber grundsätzlich für das Heizen eines beliebigen Halbleitermaterials mit zumindest einem dotierten Halbleiterbereich.A first embodiment of a device is in 1 shown schematically. In the device 1 is exemplified as a semiconductor material on a substrate 25 arranged semiconductor layer sequence 2 for a light-emitting diode with an active region provided for generating radiation 20 between an n-type doped first semiconductor region 21 and a p-type doped second semiconductor region 22 runs, arranged. However, the device is fundamentally suitable for heating any semiconductor material having at least one doped semiconductor region.

Die Vorrichtung 1 weist eine Halterung 6 auf, die eine Positionierungsfläche 60 für die Halbleiterschichtenfolge 2 definiert. Das Substrat 25 liegt vollflächig auf der Halterung auf. Davon abweichend kann das Substrat aber auch nur bereichsweise aufliegen oder anderweitig gehaltert werden. Beispielsweise kann eine ringförmige Halterung Anwendung finden, so dass das Substrat in einem Mittenbereich frei zugänglich ist. Bei einer vollflächigen Auflage ist die Halterung zweckmäßigerweise für das magnetische Feld durchlässig ausgebildet.The device 1 has a holder 6 on that a positioning surface 60 for the semiconductor layer sequence 2 Are defined. The substrate 25 lies completely on the holder. Deviating from the substrate but also only partially rest or otherwise supported. For example, an annular holder can be used, so that the substrate is freely accessible in a central region. In a full-surface edition, the holder is suitably designed to be permeable to the magnetic field.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine als Helmholtz-Spule ausgebildete Induktoranordnung 3 mit einer ersten Spule 31 und einer zweiten Spule 32.The device 1 further comprises an inductor arrangement designed as a Helmholtz coil 3 with a first coil 31 and a second coil 32 ,

Die Spulen 31, 32 sind über Zuleitungen 55 mit einer Wechselstromquelle 5 verbunden.The spools 31 . 32 are over supply lines 55 with an AC power source 5 connected.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird in die Induktoranordnung 3 ein Wechselstrom eingeprägt, so dass zwischen den Spulen 31, 32 ein zeitlich veränderliches, räumlich homogenes Magnetfeld mit Feldlinien, die senkrecht durch die Positionierungsfläche 60 verlaufen, entsteht. Dies ist anhand der Pfeile 7 veranschaulicht.In operation of the device 1 is in the inductor arrangement 3 an alternating current is impressed, so that between the coils 31 . 32 a time-varying, spatially homogeneous magnetic field with field lines perpendicular to the positioning surface 60 run, arises. This is by the arrows 7 illustrated.

Der Radius der Spulen R ist vorzugsweise größer als der Radius der zu heizenden Halbleiterschichtenfolge, so dass das Magnetfeld über die Positionierungsfläche 60 und somit über die gesamte Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg homogen ist. Die Spulen sind in einem dem Radius entsprechenden Abstand zueinander parallel angeordnet und werden gleichsinnig bestromt. Die Rotationsachsen der Spulen 31, 32 verlaufen deckungsgleich zueinander und weiterhin senkrecht zur Positionierungsfläche.The radius of the coils R is preferably greater than the radius of the semiconductor layer sequence to be heated, so that the magnetic field across the positioning surface 60 and thus over the entire semiconductor layer sequence 2 is homogeneous. The coils are arranged parallel to each other in a distance corresponding to the radius and are energized in the same direction. The axes of rotation of the coils 31 . 32 run congruent to each other and continue to be perpendicular to the positioning surface.

Zwischen der ersten Spule 31 und der Positionierungsfläche 60 ist ein Strahlungsschild 4 angeordnet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Spule 32 und der Positionierungsfläche 60 ein weiterer Strahlungsschild 45 angeordnet. Im Betrieb ist also die Halbleiterschichtenfolge bezüglich ihrer Haupterstreckungsebene beidseitig von Strahlungsschilden umgeben. Die Strahlungsschilde sind dafür vorgesehen, von der Halbleiterschichtenfolge abgestrahlte Wärmestrahlung zur Halbleiterschichtenfolge zurück zu lenken. Dies wird durch die Pfeile 8 veranschaulicht. Eine Erwärmung der Vorrichtung durch von der Halbleiterschichtenfolge abgestrahlte Wärmestrahlung kann so vermindert werden. Das Heizen der Halbleiterschichtenfolge kann also besonders effizient erfolgen.Between the first coil 31 and the positioning surface 60 is a radiation shield 4 arranged. Furthermore, between the second coil 32 and the positioning surface 60 another radiation shield 45 arranged. In operation, therefore, the semiconductor layer sequence is surrounded on both sides by radiation shields with respect to its main extension plane. The radiation shields are intended to direct back radiated heat radiation from the semiconductor layer sequence to the semiconductor layer sequence. This is indicated by the arrows 8th illustrated. A heating of the device by radiated from the semiconductor layer sequence thermal radiation can be reduced. The heating of the semiconductor layer sequence can thus be carried out particularly efficiently.

Die Strahlungsschilde 4, 45 sind für das von der Induktoranordnung 3 erzeugte zeitlich veränderliche magnetische Feld durchlässig, so dass diese die Feldstärke des Magnetfelds im Bereich der Positionierungsfläche 60 nicht wesentlich mindern. Vorzugsweise enthält der Strahlungsschild ein Material mit einer hohen Durchlässigkeit für das magnetische Feld und mit einer hohen Emissivität für Wärmestrahlung, beispielsweise Quarz.The radiation shields 4 . 45 are for that of the inductor arrangement 3 generated time-varying magnetic field permeable, so that these are the field strength of the magnetic field in the region of the positioning surface 60 do not significantly reduce. Preferably, the radiation shield contains a material having a high magnetic field transmittance and a high emissivity for thermal radiation, for example, quartz.

Das Verfahren zum Heizen von Halbleitermaterial wird exemplarisch anhand einer Halbleiterschichtenfolge 2 basierend auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial beschrieben. Es eignet sich grundsätzlich auch für andere Halbleitermaterialien, insbesondere für Halbleitermaterialien der Gruppe IV des Periodensystems, etwa Silizium, Germanium oder Silizium-Germanium (SiGe) und für III/V-Verbindungshalbleitermaterialien wie GaAs, AlAs, InAs, GaP, InP sowie ternäre oder quaternäze Materialzusammensetzungen, die eines der genannten Materialien enthalten.The method for heating semiconductor material is exemplified by a semiconductor layer sequence 2 based on nitride compound semiconductor material. It is in principle also suitable for other semiconductor materials, in particular for group IV periodic materials of the Periodic Table, such as silicon, germanium or silicon germanium (SiGe) and for III / V compound semiconductor materials such as GaAs, AlAs, InAs, GaP, InP and ternary or quaternary Material compositions containing one of said materials.

„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können."Based on nitride compound semiconductors" in the present context means that the active epitaxial layer sequence or at least one layer thereof comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1 nm N, where 0 ≤ n ≤ 1 , 0 ≤ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may comprise one or more dopants as well as additional constituents which do not substantially alter the characteristic physical properties of the Al n Ga m In 1-nm N material. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.

Der als n-leitend dotierte GaN-Schicht ausgeführte erste Halbleiterbereich 21 weist bei einer Ladungsträgerkonzentration von 1017 cm–3 einen spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm auf. Für die Skin-Tiefe ergeben sich abhängig von der Frequenz des Wechselstroms Werte von 503 mm für 1 kHz, 159 mm für 10 kHz, 50 mm für 100 kHz, 16 mm für 1 MHz, 1,6 mm für 100 MHz und 0,5 mm für 1 GHz.The first semiconductor region embodied as an n-type doped GaN layer 21 has a resistivity of 0.1 Ωcm at a carrier concentration of 10 17 cm -3 . For the skin depth, values of 503 mm for 1 kHz, 159 mm for 10 kHz, 50 mm for 100 kHz, 16 mm for 1 MHz, 1.6 mm for 100 MHz and 0.5 are obtained, depending on the frequency of the alternating current mm for 1 GHz.

Die Skin-Tiefe ist bei Frequenzen bis 1 GHz somit um mindestens eine Größenordnung größer als die Dicke der n-leitenden Halbleiterschicht 21, die typischerweise zwischen 10 nm und 10 μm liegt.The skin depth is thus at least an order of magnitude greater than the thickness of the n-type semiconductor layer at frequencies up to 1 GHz 21 which is typically between 10 nm and 10 μm.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich auch mit Frequenzen unterhalb von 1 GHz ein ausreichender induktiver Energieeintrag zum Heizen von Halbleitermaterial erzielen lässt. Bevorzugt weist der Wechselstrom eine Frequenz zwischen einschließlich 1 kHz und einschließlich 1 GHz, am meisten bevorzugt zwischen einschließlich 10 kHz und einschließlich 100 MHz, auf. Für diesen Frequenzbereich kann die Vorrichtung besonders einfach, kostengünstig und zuverlässig ausgebildet sein.However, it has been found that even with frequencies below 1 GHz sufficient inductive energy input for heating semiconductor material can be achieved. Preferably, the alternating current has a frequency between 1 kHz inclusive and 1 GHz inclusive, most preferably between 10 kHz inclusive and 100 MHz inclusive. For this frequency range, the device can be particularly simple, inexpensive and reliable.

Zur weitergehenden Verringerung der Skin-Tiefe können auch Frequenzen bis zu 20 GHz Anwendung finden. In diesem Fall sind die Zuleitungen 55 zweckmäßigerweise als Hohlleiter ausgebildet.To further reduce the skin depth, frequencies up to 20 GHz can also be used. In this case, the supply lines 55 expediently designed as a waveguide.

Im Unterschied zu einem n-leitend dotierten GaN-Halbleiterbereich weist ein p-leitend dotierter GaN-Halbleiterbereich bei gleicher Ladungsträgerkonzentration einen höheren spezifischen Widerstand auf. Entsprechend ergeben sich für die Skin-Tiefe höhere Werte, beispielsweise bei einer Ladungsträgerkonzentration von 1017 cm–3 und somit einem spezifischen Widerstand von 5000 Ωcm Werte von 112,5 m für 1 kHz, 35,6 m für 10 kHz, 11,3 m für 100 kHz, 3,6 m für 1 MHz, 360 mm für 100 MHz und 113 mm für 1 GHz. In contrast to an n-type doped GaN semiconductor region, a p-type doped GaN semiconductor region has a higher resistivity at the same charge carrier concentration. Correspondingly, higher values result for the skin depth, for example at a carrier concentration of 10 17 cm -3 and thus a specific resistance of 5000 Ωcm values of 112.5 m for 1 kHz, 35.6 m for 10 kHz, 11.3 m for 100 kHz, 3.6 m for 1 MHz, 360 mm for 100 MHz and 113 mm for 1 GHz.

Aufgrund der sich daraus ergebenden geringeren Effizienz für induktives Heizen des p-leitenden Halbleiterbereichs, insbesondere bei vergleichsweise niedrigen Frequenzen, erfolgt das Heizen des p-leitenden Halbleiterbereichs 22 vorzugsweise indirekt durch Wärmeleitung von dem induktiv geheizten n-leitenden Halbleiterbereich 21. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eines p-leitenden Halbleiterbereichs mittels thermischer Aktivierung der Akzeptoren, beispielsweise Magnesium, kann also in dem n-leitenden Halbleiterbereich derselben Halbleiterschichtenfolge ein elektrischer Strom induziert werden, so dass Wärmeleitung innerhalb der Halbleiterschichtenfolge den p-leitenden Halbleiterbereich auf eine für die thermische Aktivierung erforderliche Temperatur bringt.Due to the resulting lower efficiency for inductive heating of the p-type semiconductor region, in particular at comparatively low frequencies, the heating of the p-type semiconductor region takes place 22 preferably indirectly by heat conduction from the inductively heated n-type semiconductor region 21 , In order to increase the electrical conductivity of a p-type semiconductor region by means of thermal activation of the acceptors, for example magnesium, an electric current can be induced in the n-type semiconductor region of the same semiconductor layer sequence, so that heat conduction within the semiconductor layer sequence changes the p-type semiconductor region to one for the thermal activation brings required temperature.

Das Heizen kann weiterhin weitgehend unabhängig von einem Substrat 25, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist, erfolgen. Für das Substrat kann somit auch ein Material Anwendung finden, das eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und deshalb nicht oder nur wenig effektiv induktiv heizbar wäre. Beispielsweise eignet sich ein elektrisch isolierendes Substrat, etwa Saphir, oder ein Substrat mit einem Halbleitermaterial, etwa Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid oder Silizium, wobei das Halbleitermaterial undotiert oder dotiert sein kann. Das Substrat kann ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge sein oder ein vom Aufwachssubstrat verschiedener Träger, der insbesondere zur mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge vorgesehen ist.The heating can continue to be largely independent of a substrate 25 on which the semiconductor layer sequence 2 is arranged take place. Thus, a material can be used for the substrate, which has a comparatively low electrical conductivity and therefore would not or only slightly effective inductively heated. For example, an electrically insulating substrate, such as sapphire, or a substrate with a semiconductor material, such as silicon carbide, gallium arsenide, gallium phosphide, or silicon, where the semiconductor material may be undoped or doped, is suitable. The substrate may be a growth substrate for the semiconductor layer sequence or a support different from the growth substrate, which is provided in particular for mechanical stabilization of the semiconductor layer sequence.

Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann auch das Substrat den dotierten Halbleiterbereich aufweisen oder den dotierten Halbleiterbereich bilden. In diesem Fall kann eine undotierte Halbleiterschichtenfolge dadurch induktiv geheizt werden, dass das Substrat induktiv geheizt wird und die Halbleiterschichtenfolge über Wärmeleitung vom Substrat in die Halbleiterschichtenfolge geheizt wird.Deviating from the exemplary embodiment described, the substrate may also have the doped semiconductor region or form the doped semiconductor region. In this case, an undoped semiconductor layer sequence can be heated inductively by heating the substrate inductively and heating the semiconductor layer sequence by heat conduction from the substrate into the semiconductor layer sequence.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung ist in 2 schematisch gezeigt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Induktoranordnung 3 ausschließlich auf einer Seite der Positionierungsfläche 60 angeordnet. Weiterhin ist die der Induktoranordnung abgewandte Seite der Positionierungsfläche 60 frei von einem Strahlungsschild. Die auf der Positionierungsfläche angeordnete Halbleiterschichtenfolge 2 ist von der der Induktoranordnung abgewandten Seite her frei zugänglich. Die Vorrichtung 1 kann so vereinfacht in eine Bearbeitungsvorrichtung für Halbleiterbauelemente, beispielsweise einen Beschichtungsreaktor integriert werden. Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann mittels der Vorrichtung während der Beschichtung, beispielsweise mittels Aufdampfens oder Sputterns, direkt induktiv geheizt werden.A second embodiment of a device is in 2 shown schematically. This second embodiment corresponds essentially to that in connection with FIG 1 described first embodiment. In contrast, the inductor arrangement 3 exclusively on one side of the positioning surface 60 arranged. Furthermore, the side facing away from the inductor assembly of the positioning surface 60 free from a radiation shield. The semiconductor layer sequence arranged on the positioning surface 2 is freely accessible from the side facing away from the inductor arrangement. The device 1 can be so simplified integrated into a processing device for semiconductor devices, such as a coating reactor. The semiconductor layer sequence 2 can be heated directly inductively by means of the device during the coating, for example by means of vapor deposition or sputtering.

Für die Induktoranordnung 3 können unterschiedliche Ausgestaltungen zweckmäßig sein. Vorzugsweise ist die Induktoranordnung so ausgeführt, dass die magnetische Flussdichte B des erzeugten Magnetfelds im Bereich der Positionierungsfläche 60 in lateraler Richtung homogen ist. So ist gewährleistet, dass der in der dotierten Halbleiterschicht, etwa der n-leitenden Halbleiterschicht 21, induzierte Strom entlang der Haupterstreckungsebene der Halbleiterschicht homogen ist, so dass die Halbleiterschichtenfolge gleichmäßig erwärmt wird.For the inductor arrangement 3 Different configurations may be appropriate. Preferably, the inductor arrangement is designed such that the magnetic flux density B of the magnetic field generated in the region of the positioning surface 60 is homogeneous in the lateral direction. This ensures that in the doped semiconductor layer, such as the n-type semiconductor layer 21 , induced current along the main extension plane of the semiconductor layer is homogeneous, so that the semiconductor layer sequence is uniformly heated.

Für eine vorgegebene Induktoranordnung lässt sich die resultierende magnetische Flussdichte B mittels des Biot-Savart-Gesetzes zumindest näherungsweise bestimmen. Demnach gilt für einen mit einem Strom I durchflossenen Stromleiter der infinitesimalen Länge dl → am Ort r' → für den Ort r →

Figure 00160001
For a given inductor arrangement, the resulting magnetic flux density B can be determined at least approximately by means of the Biot-Savart law. Accordingly, for an electric current flowing through a current conductor of infinitesimal length dl → at the place r '→ for the place r →
Figure 00160001

Für eine sich in einer y-z-Ebene erstreckende, mit Schwerpunkt im Nullpunkt des Koordinatensystems angeordnete einzelne Windung mit Radius R ergibt sich eine magnetische Flussdichte, die für Abstände x, die sehr viel größer als der Radius R sind, eine magnetische Flussdichte, die lediglich eine Komponente in x-Richtung aufweist.For a single turn of radius R extending in a yz-plane and centered at the origin of the coordinate system, a magnetic flux density results which for distances x which are much larger than the radius R, a magnetic flux density which is only one Component in the x direction.

Diese ist gegeben durch

Figure 00160002
This is given by
Figure 00160002

Bereits mit einer einzelnen Windung, die parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Positionierungsfläche angeordnet ist, kann also bei geeigneter Dimensionierung und Anordnung relativ zur Positionierungsfläche ein in lateraler Richtung homogenes Magnetfeld erzielt werden.Even with a single turn, which is arranged parallel or at least substantially parallel to the positioning surface, a magnetic field which is homogeneous in a lateral direction can therefore be achieved with suitable dimensioning and arrangement relative to the positioning surface.

Es kann aber auch andere Spulenform Anwendung finden, beispielsweise eine spiralförmige oder schneckenförmige Spule. Für komplizierte Induktoranordnungen mit einer oder mehreren solchen Spule ist die magnetische Flussdichte oft nicht mehr analytisch lösbar, kann aber anhand des oben genannten Biot-Sovart-Gesetzes zumindest näherungsweise numerisch berechnet oder experimentell ermittelt werden.But it can also find other coil shape application, such as a spiral or helical coil. For complicated inductor arrangements with one or more such coils, the magnetic flux density is often no longer analytically solvable, but can at least approximately numerically calculated or determined experimentally based on the above-mentioned Biot-Sovart law.

Ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung ist in 3 schematisch in Schnittansicht dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Spulenanordnung 3 mittels eines ersten Leiters 33 und eines zweiten Leiters 34 gebildet. Die Leiter 33, 34 sind parallel zueinander angeordnet und verlaufen in einer Ebene, die parallel zur Positionierungsfläche 60 verläuft. Zum Heizen wird das Halbleitermaterial auf der Positionierungsfläche 60 angeordnet, die sich zwischen dem ersten Leiter 33 und dem zweiten Leiter 34 befindet. Im Betrieb der Vorrichtung 1 werden die Leiter gegensinnig bestromt, so dass sich zwischen den Leitern ein zeitlich veränderliches Magnetfeld einstellt, das senkrecht zur Positionierungsfläche verläuft. Eine solche Vorrichtung kann vereinfacht für den Durchlaufbetrieb ausgebildet sein, das heißt, das zu heizende Halbleitermaterial kann während des Heizvorgangs relativ zu den Leitern, insbesondere entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Leiter bewegt werden.A third embodiment of a device is in 3 schematically shown in sectional view. This embodiment corresponds essentially to that in connection with FIG 1 described first embodiment. In contrast, the coil arrangement 3 by means of a first conductor 33 and a second conductor 34 educated. The ladder 33 . 34 are arranged parallel to each other and extend in a plane parallel to the positioning surface 60 runs. For heating, the semiconductor material on the positioning surface 60 arranged, located between the first conductor 33 and the second conductor 34 located. In operation of the device 1 the conductors are energized in opposite directions, so that sets a time-varying magnetic field between the conductors, which is perpendicular to the positioning surface. Such a device can be designed in a simplified manner for continuous operation, that is, the semiconductor material to be heated can be moved during the heating process relative to the conductors, in particular along a main extension direction of the conductors.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.

Claims (15)

Verfahren zum Heizen eines Halbleitermaterials (2) mit den Schritten: a) Bereitstellen des Halbleitermaterials mit zumindest einem dotierten Halbleiterbereich (21, 22); b) Positionieren des Halbleitermaterials (2) relativ zu einer Induktoranordnung (3); und c) Einprägen eines Wechselstroms in die Induktoranordnung (3), so dass in dem dotierten Halbleiterbereich (21, 22) ein elektrischer Strom induziert wird.Method for heating a semiconductor material ( 2 ) comprising the steps of: a) providing the semiconductor material with at least one doped semiconductor region ( 21 . 22 ); b) Positioning the Semiconductor Material ( 2 ) relative to an inductor arrangement ( 3 ); and c) impressing an alternating current into the inductor arrangement ( 3 ), so that in the doped semiconductor region ( 21 . 22 ) an electric current is induced. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Induktoranordnung derart ausgebildet ist, dass ein durch den Wechselstrom hervorgerufenes Magnetfeld eine Haupterstreckungsebene des Halbleitermaterials in lateraler Richtung homogen durchdringt.The method of claim 1, wherein the inductor is formed such that a caused by the alternating magnetic field homogeneously penetrates a main extension plane of the semiconductor material in the lateral direction. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wechselstrom eine Frequenz zwischen einschließlich 1 kHz und einschließlich 20 GHz aufweist.A method according to claim 1 or 2, wherein the alternating current has a frequency between 1 kHz and 20 GHz inclusive. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wechselstrom eine Frequenz zwischen einschließlich 10 kHz und einschließlich 1 GHz aufweist.A method according to claim 1 or 2, wherein the alternating current has a frequency between 10 kHz inclusive and 1 GHz inclusive. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wechselstrom eine Frequenz zwischen einschließlich 10 kHz und einschließlich 100 MHz aufweist.A method according to claim 1 or 2, wherein the alternating current has a frequency between 10 kHz inclusive and 100 MHz inclusive. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Halbleitermateiral eine Halbleiterschichtenfolge aufweist, die auf einem elektrisch isolierenden Substrat (25) bereitgestellt wird.Method according to one of Claims 1 to 5, in which the semiconductor material has a semiconductor layer sequence which is deposited on an electrically insulating substrate ( 25 ) provided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der dotierte Halbleiterbereich einen spezifischen Widerstand von höchstens 10 Ωcm aufweist.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the doped semiconductor region has a resistivity of at most 10 Ωcm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Wechselstrom bezüglich seiner Frequenz derart an den dotierten Halbleiterbereich angepasst ist, dass eine Skin-Tiefe mindestens um den Faktor 10 größer ist als eine Dicke des dotierten Halbleiterbereichs.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the alternating current with respect to its frequency is adapted to the doped semiconductor region such that a skin depth is at least by a factor of 10 greater than a thickness of the doped semiconductor region. Vorrichtung (1) zum Heizen eines Halbleitermaterials (2), wobei die Vorrichtung (1) eine Induktoranordnung aufweist, die dafür vorgesehen ist, bei einer Einprägung eines Wechselstroms ein zeitlich veränderliches Magnetfeld zu erzeugen, das eine Positionierungsfläche für das Halbleitermaterial durchdringt.Contraption ( 1 ) for heating a semiconductor material ( 2 ), the device ( 1 ) has an inductor arrangement which is provided to generate a time-varying magnetic field when an alternating current is impressed, which penetrates a positioning surface for the semiconductor material. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der auf einer Seite der Positionierungsfläche ein Strahlungsschild angeordnet ist, der eine im Betrieb der Vorrichtung von dem Halbleitermaterial abgestrahlte Wärmestrahlung dem Halbleitermaterial zumindest teilweise wieder zuführt.Apparatus according to claim 9, wherein on one side of the positioning surface, a radiation shield is arranged, which at least partially re-feeds a radiated from the semiconductor material during operation of the device thermal radiation to the semiconductor material. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der auf einer dem Strahlungsschild gegenüberliegenden Seite der Positionierungsfläche ein weiterer Strahlungsschild angeordnet ist, der eine im Betrieb der Vorrichtung von dem Halbleitermaterial abgestrahlte Wärmestrahlung dem Halbleitermaterial zumindest teilweise wieder zuführt.Device according to claim 10, in which a further radiation shield is arranged on a side of the positioning surface opposite the radiation shield and at least partially reinserts a thermal radiation emitted by the semiconductor material during operation of the device. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der Strahlungsschild und/oder der weitere Strahlungsschild für das zeitlich veränderliche Magnetfeld durchlässig ist.Apparatus according to claim 9 or 10, wherein the radiation shield and / or the further radiation shield is permeable to the time-varying magnetic field. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Induktoranordnung zumindest zwei Spulen aufweist und die Positionierungsfläche zwischen den Spulen des Spulenpaars angeordnet ist. Apparatus according to claim 9, wherein the inductor arrangement comprises at least two coils and the positioning surface is arranged between the coils of the coil pair. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Induktoranordnung auf nur einer Seite der Positionierungsfläche ausgebildet ist.The device of claim 9, wherein the inductor assembly is formed on only one side of the positioning surface. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Induktoranordnung einen ersten Leiter (31) und einen zweiten Leiter (32) aufweist, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter parallel zueinander in einer Ebene verlaufen, die parallel zur Positionierungsfläche verläuft, und wobei die Positionierungsfläche zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist.Device according to claim 9, wherein the inductor arrangement comprises a first conductor ( 31 ) and a second conductor ( 32 ), wherein the first conductor and the second conductor parallel to each other in a plane extending parallel to the positioning surface, and wherein the positioning surface between the first conductor and the second conductor is arranged.
DE102010033943A 2010-08-11 2010-08-11 Method and apparatus for heating semiconductor material Withdrawn DE102010033943A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010033943A DE102010033943A1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Method and apparatus for heating semiconductor material
PCT/EP2011/063711 WO2012020024A1 (en) 2010-08-11 2011-08-09 Method and apparatus for heating semiconductor material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010033943A DE102010033943A1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Method and apparatus for heating semiconductor material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010033943A1 true DE102010033943A1 (en) 2012-02-16

Family

ID=44514705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010033943A Withdrawn DE102010033943A1 (en) 2010-08-11 2010-08-11 Method and apparatus for heating semiconductor material

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010033943A1 (en)
WO (1) WO2012020024A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012020024A1 (en) 2010-08-11 2012-02-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method and apparatus for heating semiconductor material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3343518A (en) * 1964-09-30 1967-09-26 Hayes Inc C I High temperature furnace
DE102009029154A1 (en) * 2008-09-05 2010-04-08 Jusung Engineering Co. Ltd., Gwangju-Si Beam processing device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693441B2 (en) * 1989-09-22 1994-11-16 株式会社東芝 Heat treatment method for semiconductor integrated circuit device
US7026229B2 (en) * 2001-11-28 2006-04-11 Vartan Semiconductor Equipment Associates, Inc. Athermal annealing with rapid thermal annealing system and method
JP5141227B2 (en) * 2007-12-12 2013-02-13 住友電気工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
DE102010033943A1 (en) 2010-08-11 2012-02-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method and apparatus for heating semiconductor material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3343518A (en) * 1964-09-30 1967-09-26 Hayes Inc C I High temperature furnace
DE102009029154A1 (en) * 2008-09-05 2010-04-08 Jusung Engineering Co. Ltd., Gwangju-Si Beam processing device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Skin-Effekt, aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012020024A1 (en) 2010-08-11 2012-02-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method and apparatus for heating semiconductor material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012020024A1 (en) 2012-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011113549B4 (en) A semiconductor device with a field stop zone in a semiconductor body and a method for producing a field stop zone in a semiconductor body
DE112014002133B4 (en) A production method of a single crystal, silicon single crystal, a method of producing a silicon wafer, a production method of a silicon epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafers
DE102007047231B4 (en) Silicon carbide semiconductor device and process for its production
DE102015101124A1 (en) Semiconductor device with undulated profile of the net doping of a drift zone
DE102014116666A1 (en) A method of forming a semiconductor device and a semiconductor device
DE102015109961A1 (en) Method for treating a semiconductor wafer
DE112013006661B4 (en) Method of making a SIC epitaxial wafer
DE1187326B (en) Method for manufacturing a silicon switching diode
DE102015216064A1 (en) A method of manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, silicon carbide epitaxial substrate, and silicon carbide semiconductor device
CN108496239A (en) The manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer and the manufacturing method of solid-state imager
DE112015000670T5 (en) Semiconductor device method for manufacturing a semiconductor device
DE2354523C3 (en) Process for the production of electrically insulating blocking regions in semiconductor material
DE112015000137T5 (en) Method for producing a semiconductor device
DE112016004677T5 (en) A silicon carbide epitaxial substrate and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device
DE112014005188T5 (en) Method for producing a semiconductor device
DE102015108929A1 (en) A method of manufacturing a semiconductor device having a field stop zone
DE102016104327A1 (en) Method for producing a semiconductor device
DE102015106979A1 (en) Semiconductor Wafers and Method of Manufacturing Semiconductor Devices in a Semiconductor Wafer
DE1789021A1 (en) Zener diode and process for its manufacture
CN107431018A (en) The manufacture method of semiconductor epitaxial wafer and the manufacture method of solid-state imager
DE102015114361B4 (en) METHOD OF PROCESSING AN OXYGEN CONTAINING SEMICONDUCTOR BODY
EP2732065B1 (en) Method for forming a layer on a substrate at low temperatures
DE102019105812A1 (en) TRENCH STRUCTURE CONTAINING SEMI-CONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD
DE102021113253A1 (en) Process for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer
DE102010033943A1 (en) Method and apparatus for heating semiconductor material

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150303