NO118053B

NO118053B -

Info

Publication number: NO118053B
Application number: NO165809A
Authority: NO
Inventors: G Eckstein
Original assignee: Remington Arms Co Inc
Priority date: 1965-11-30
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1969-10-27
Also published as: GB1121208A; FR1502240A; LU52438A1; NL6615143A; BE690092A; AT276158B; DE1578208A1; US3352240A; BR6683783D0

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederinnretning som omfatter en klumpformet elektrode. Method for manufacturing a semiconductor device comprising a lump-shaped electrode.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederinnretning som omfatter en klumpformet elektrode. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device comprising a lump-shaped electrode.

Oppfinnelsen angår særlig en fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederinnretning hvor en elektrode dannes ved påsmelting på overflaten av et halvledende legeme, et kvantum av et materiale som består av eller som inneholder forurensning som danner N- eller P-type ledningsevne og som ved avkjøling av materialet danner en perle på hvis grunnflate der er et halvledende lag som inneholder nevnte forurensning. I beskrivelsen vil en slik elektrode kalles perleelektrode. The invention relates in particular to a method for the production of a semiconductor device where an electrode is formed by melting on the surface of a semi-conducting body, a quantity of a material which consists of or which contains impurities which form N- or P-type conductivity and which upon cooling the material forms a bead on the base of which there is a semi-conductive layer containing said impurity. In the description, such an electrode will be called a bead electrode.

I slike halvlederinnretninger er det In such semiconductor devices it is

vanligvis nødvendig å sørge for en tilled-ning som er festet til perlen. En fremgangsmåte hvormed dette er utført, består i å lodde en tråd til klumpen og smelte en del av denne, men ved denne fremgangsmåte er det fare for at for meget av perlen vil smelte slik at det halvledende lag på grunnflaten av klumpen vil kortsluttes. usually necessary to provide a lead which is attached to the bead. A method by which this is carried out consists in soldering a wire to the lump and melting a part of it, but with this method there is a danger that too much of the bead will melt so that the semi-conducting layer on the base surface of the lump will be short-circuited.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av halvlederinnretninger som omfatter en klumpformel hvor denne fare er eliminert. The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing semiconductor devices which includes a lump formula where this danger is eliminated.

Ifølge oppfinnelsen består en fremgangsmåte til fremstilling av en halvlederinnretning som omfatter en klumpformet elektrode, ved at det materiale som danner perlen er formet rundt enden av en tilkoplingstråd før denne bringes i kontakt med halvlederen. According to the invention, a method for manufacturing a semiconductor device comprising a lump-shaped electrode consists in that the material forming the bead is shaped around the end of a connecting wire before this is brought into contact with the semiconductor.

Fortrinnsvis formes materialet i fast Preferably, the material is formed in solid

tilstand rundt enden av tilkoplingstråden. condition around the end of the connecting wire.

En anordning ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser atskilt, delvis i snitt del-ene av en P-N-sjiktlikeretter rett før den endelige sammensetning av likeretteren. Fig. 2 viser et trinn i fremstillingen av A device according to the invention will be described in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 shows separated, partially in section, the parts of a P-N layer rectifier just before the final assembly of the rectifier. Fig. 2 shows a step in the production of

en likeretter ifølge fig. 1. a rectifier according to fig. 1.

I fig. 1 er en likeretter fremstillet av en plate 1 av germanium av en N-type som har en motstand på ca. 10 ohm cm, idet platens tykkelse er ca. 0,4 mm og en endeflate på ca. 6 mm2. En endeflate av platen 1 er loddet til en sylindrisk kobberdel 2 som er forsynt i periferien med en flens 3, og som i den annen ende forsynt med en gjen-get bolt 4 som er loddet til delen 2. Den annen endeflate av platen 1 er forsynt med en klumpformet elektrode 5, formet av indium hvori er festet en ende av en nikkeltråd 6. In fig. 1 is a rectifier made from a plate 1 of N-type germanium which has a resistance of approx. 10 ohm cm, the thickness of the plate being approx. 0.4 mm and an end surface of approx. 6 mm2. One end surface of the plate 1 is soldered to a cylindrical copper part 2 which is provided at the periphery with a flange 3, and which is provided at the other end with a threaded bolt 4 which is soldered to the part 2. The other end surface of the plate 1 is provided with a lump-shaped electrode 5, formed of indium in which one end of a nickel wire 6 is attached.

Før formingen av den klumpformede elektroden 5 må det materiale den skal formes av behandles som følger. Et kvantum på omtrent 100 mg rent indium an-ordnes i en form av rustfritt stål og formes ved hjelp av trykk fra en presse til en avskåret kjegle som har et aksialt sylindrisk hull som strekker seg delvis gjennom kjeglen fra den minste endeflate av kjeglen. Den avskårne kjegle har plane ende-flater med diameter på 3,5 og 4 mm og har en høyde på 2,4 mm, idet det aksiale hull har en diameter på 1,85 mm og en dybde på 1,5 mm. Before forming the lump-shaped electrode 5, the material from which it is to be formed must be treated as follows. A quantity of approximately 100 mg of pure indium is placed in a stainless steel mold and formed by pressure from a press into a truncated cone having an axial cylindrical hole extending part way through the cone from the smallest end face of the cone. The truncated cone has flat end faces of diameters of 3.5 and 4 mm and has a height of 2.4 mm, the axial hole having a diameter of 1.85 mm and a depth of 1.5 mm.

I fig. 2 er indiumkj eglen 7 anbrakt på en glassplate 8 og enden av nikkeltråden 6 er stukket inn i hullet i konusen 7. Tråden 6 har en diameter på 1 mm og er i enden forsynt med en flens 9 som har en ut-vendigdiameter på 1,75 mm og en tykkelse på 0,25 mm. Tråden 6 er av ren nikkel av vanlig handelsvare og er på forhånd omhyggelig renset ved utglødning først i tørt kvelstoff ca. 10 min. ved en temperatur på 1000° og så i vakuum i 10 min. ved samme temperatur. Tråden 6 er så tredd gjennom et aksialt hull i et vertikalt anordnet verktøy 10 av rustfritt stål som har en plan endeflate i hvilken der er formet et sentralt, halvkuleformet hulrom 11 med en diameter på 4,5 mm. Verktøyet 10 er forskyvbart i et hull i en horisontal bære-plate 12 og etterat konusen 7 og tråden 6 er anbrakt i stilling, gis verktøyet 10 en bevegelse nedover for forming av konusen 7 til en form av en halvkule rundt enden av tråden 6. Flensen 9 sikrer at tråden 6 er godt festet til halvkulen av indium, idet begynnelsesformen av konusen 7 er valgt slik at utpressingen av indium under formingen, er slik at tråden 6 ikke heves eller at luft ikke kan innesluttes rundt tråden 6. I den hensikt at tråden 6 og den formede indiumhalvkule kan fjernes fra verktøyet 10 uten berøring av indiumhalvkulen, er verktøyet 10 ved 13 skåret ut slik at tråden 6 kan skyves ut fra den mot-satte ende av indiumhalvkulen. In fig. 2, the indium cone 7 is placed on a glass plate 8 and the end of the nickel wire 6 is inserted into the hole in the cone 7. The wire 6 has a diameter of 1 mm and is provided at the end with a flange 9 which has an outside diameter of 1, 75 mm and a thickness of 0.25 mm. The wire 6 is made of pure nickel from a regular commercial product and is carefully cleaned in advance by first annealing in dry nitrogen approx. 10 minutes at a temperature of 1000° and then in a vacuum for 10 min. at the same temperature. The wire 6 is then threaded through an axial hole in a vertically arranged stainless steel tool 10 which has a flat end surface in which a central hemispherical cavity 11 with a diameter of 4.5 mm is formed. The tool 10 is displaceable in a hole in a horizontal support plate 12 and after the cone 7 and thread 6 have been placed in position, the tool 10 is given a downward movement to shape the cone 7 into a shape of a hemisphere around the end of the thread 6. The flange 9 ensures that the wire 6 is firmly attached to the hemisphere of indium, the initial shape of the cone 7 being chosen so that the extrusion of indium during forming is such that the wire 6 does not rise or that air cannot be trapped around the wire 6. In order that the wire 6 and the shaped indium hemisphere can be removed from the tool 10 without touching the indium hemisphere, the tool 10 is cut out at 13 so that the wire 6 can be pushed out from the opposite end of the indium hemisphere.

Volumet av det indium som brukes til fremstilling av halvkulen er slik at der dannes en ujevn kant rundt grunnflaten av halvkulen i løpet av formeprosessen og før tråden 6 og indiumhalvkulen fjernes fra verktøyet 10 skjæres denne kant bort med et skarpt blad eller liknende, for å danne en nybehandlet grunnflate av halvkulen. Denne nybehandlede flate forbin-des med en overflate av germaniumplaten 1 som nylig er etset, ved at de to flater presses sammen. The volume of the indium used to produce the hemisphere is such that an uneven edge is formed around the base of the hemisphere during the forming process and before the wire 6 and the indium hemisphere are removed from the tool 10, this edge is cut away with a sharp blade or similar, to form a newly treated base surface of the hemisphere. This newly treated surface is connected to a surface of the germanium plate 1 which has been recently etched, by pressing the two surfaces together.

Loddingen av germaniumplaten 1 til kobberdelen 2 og formingen av perleelek-troden 5 utføres således. Kobberdelen 2 monteres i en holder (ikke vist) hvor den ende hvor germaniumplaten 1 skal loddes fast er anordnet øverst. I denne ende av kobberdelen 2 legges en tynn skive av bløtt loddemetall (ikke vist) og nikkeltråden 6 holdes av et verktøy slik at den nedre flate av germaniumplaten 1 hviler på den øverste flate av skiven av loddemetall. Det hele oppvarmes til en temperatur på ca. 550°C i tørt kvelstoff og tillates deretter å kjø-les. På denne måte loddes germaniumplaten 1 fast til kobberdelen 2 mens indiumhalvkulen smeltes til den øvre flate av germaniumplaten for å danne en perle 5 på hvis grunnflate der er dannet et P-N-sjikt 14 som atskiller hovedlegemet av germanium av N-type fra et lag germanium av P-type som dannes ved rekrystallisasjon av indium-germaniumlegering som frem-bringes i løpet av opphetningen. Tråden 6 holdes tilstrekkelig fast i verktøyet til å hindre at det synker ned i det smeltede indium under opphetningen og derved kom-mer i kontakt med germaniumet. En ab-solutt nøyaktig rengjøring av tråden 6 og fremgangsmåten for forming av indiumhalvkulen slik som beskrevet ovenfor, minsker vanskelighetene som kan oppstå på grunn av dannelse av gassblærer i det smeltede materiale i løpet av opphetningen. Videre minsker bruken av halvkule-formen for indium som smeltes rundt enden av tråden 6, og som tilsvarer vekten av den smelteform som klumpen 5 får. de van-skeligheter som kan oppstå ved utflytning eller ved konsentrasjon av materialet under smeltningen. For å sikre et varig og godt resultat av formingen av P-N-sjiktet 14 er det funnet ønskelig å bruke en in-diumperle av ovenfor beskrevne dimensjo-ner, idet avstanden mellom enden av tråden 6 og den originale overflate av germaniumplaten 1 ikke bør være mindre enn 1 mm. The soldering of the germanium plate 1 to the copper part 2 and the shaping of the bead electrode 5 are thus carried out. The copper part 2 is mounted in a holder (not shown) where the end where the germanium plate 1 is to be soldered is arranged at the top. At this end of the copper part 2, a thin disc of soft solder is placed (not shown) and the nickel wire 6 is held by a tool so that the lower surface of the germanium plate 1 rests on the upper surface of the disc of solder. The whole thing is heated to a temperature of approx. 550°C in dry nitrogen and then allowed to cool. In this way, the germanium plate 1 is soldered to the copper part 2 while the indium hemisphere is melted to the upper surface of the germanium plate to form a bead 5 on the base of which is formed a P-N layer 14 which separates the main body of N-type germanium from a layer of germanium of P-type which is formed by recrystallization of indium-germanium alloy which is produced during the heating. The wire 6 is held sufficiently firmly in the tool to prevent it from sinking into the molten indium during the heating and thereby coming into contact with the germanium. An absolutely accurate cleaning of the wire 6 and the method for forming the indium hemisphere as described above, reduces the difficulties that may arise due to the formation of gas bubbles in the molten material during the heating. Furthermore, the use of the hemispherical shape for indium which is melted around the end of the wire 6, and which corresponds to the weight of the molten shape that the lump 5 obtains, decreases. the difficulties that may arise from flow-through or from concentration of the material during melting. In order to ensure a lasting and good result of the formation of the P-N layer 14, it has been found desirable to use an indium bead of the dimensions described above, as the distance between the end of the wire 6 and the original surface of the germanium plate 1 should not be less than 1 mm.

Likeretterens beholder settes så sammen ved at kobberkappen 15 ved den peri-feriske flens 16 settes på kobberkappen 2, idet kobberkappen 15 har innsmeltet i en glassperle 17 et nikkelrør 18 som tråden 6 går igjennom. Beholderen lukkes ved hjelp av kaldtrykksveising av flensen 3 og 16 og kaldpressveising av røret 18 til tråden 6, idet kaldpressveisingen utføres i en nøy-tral gass f. eks. kvelstoff, for å sikre en permanent nøytral gassfylling i beholderen når denne er ferdig sammensatt. The rectifier's container is then assembled by placing the copper sheath 15 at the peripheral flange 16 on the copper sheath 2, the copper sheath 15 having fused into a glass bead 17 a nickel tube 18 through which the wire 6 passes. The container is closed by means of cold pressure welding of the flanges 3 and 16 and cold pressure welding of the pipe 18 to the thread 6, the cold pressure welding being carried out in a neutral gas, e.g. nitrogen, to ensure a permanent neutral gas filling in the container when it is fully assembled.

Ved anordningen som er beskrevet ovenfor var tilkoplingstråden 6 av nikkel. I noen tilfeller, særlig når likeretteren skal ha en stor strømgjennomgang, kan den elektriske motstand i nikkeltråden være utillatelig høy. I slike tilfeller har man funnet at tilfredsstillende alternativt materiale for tilkoplingstråden er nikkel-belagt med kobber. Kobber i seg selv er ikke tilfredsstillende siden det danner en legering med indium som har et smelte-punkt mindre enn 550°C i hvilken germanium er mer løselig enn i rent indium. In the device described above, the connecting wire 6 was made of nickel. In some cases, especially when the rectifier must have a large current flow, the electrical resistance in the nickel wire can be unacceptably high. In such cases, it has been found that a satisfactory alternative material for the connection wire is nickel-plated with copper. Copper by itself is not satisfactory since it forms an alloy with indium having a melting point less than 550°C in which germanium is more soluble than in pure indium.

Som et alternativ til formingen av materialet som danner klumpen i fast tilstand rundt enden av tilkoplingstråden er det også mulig ifølge oppfinnelsen å støpe materialet rundt enden av tråden. Dette alternativ er i alminnelighet ansett for å As an alternative to shaping the material that forms the lump in a solid state around the end of the connecting wire, it is also possible according to the invention to mold the material around the end of the wire. This option is generally considered to

være mindre tilfredsstillende, da det nød-vendiggjør en ekstra opphetning under be less satisfactory, as it necessitates additional heating underneath

fremstillingen, hvilket kan medføre risiko the manufacture, which may entail risk

for ødeleggelse av det materiale som skal for destruction of the material to be

danne perlen. form the bead.

I tillegg til det å fjerne risikoen for In addition to removing the risk of

kortslutning av det halvledende lag på short circuit of the semiconducting layer on

grunnflaten av klumpen under fremstillingen slik som nevnt ovenfor, tillater fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen en nøyak-tig kontroll av størrelsen og overflaten av the base surface of the lump during production as mentioned above, the method according to the invention allows a precise control of the size and surface of

den klumpformede elektroden og tillater the lump-shaped electrode and allows

at materialet som danner klumpen kan behandles hvis nødvendig uten nevneverdig that the material forming the lump can be treated if necessary without significant

risiko for ødeleggelse. En videre fordel ved risk of destruction. A further advantage of

fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at the method according to the invention is that

den gir den mulighet at nødvendigheten av it gives the possibility that the necessity of

etsingsprosessen som vanligvis er nødven-dig ved forming av de klumpformede elek-troder kan falle bort. the etching process which is usually necessary when forming the lump-shaped electrodes can be dispensed with.

Det skal påpekes at selv om oppfinnelsen er særlig nyttig ved forming av perler It should be pointed out that although the invention is particularly useful when forming pearls

av indium, kan den like godt brukes hvor of indium, it may as well be used where

andre materialer anvendes. I noen tilfeller other materials are used. In some cases

hvor det er ønskelig å forme materialet where it is desirable to shape the material

som skal danne perlen i fast tilstand, kan which should form the pearl in the solid state, can

det være nødvendig å oppvarme materialet it may be necessary to heat the material

i noen grad i den hensikt å gjøre det tilstrekkelig egnet for en tilfredsstillende forming. to some extent with the intention of making it sufficiently suitable for a satisfactory shaping.

Claims

1..Procedure for the production of

a semiconductor device comprising an electrode which is formed by melting onto the surface of a semi-conducting body a quantity of a material which consists of or which contains contamination with N- or P-type conductivity and which, on cooling of the material, forms a lump of whose base surface is a semi-conducting layer containing said contamination, characterized in that the material forming the lump is shaped around the end of a connecting wire before this is brought into contact with the semiconductor.

2. Method according to claim 1, characterized in that the material in a solid state is shaped around the end of the connecting wire.

3. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the material is shaped like a hemisphere whose flat side is brought into contact with the semiconductor.

4. Method according to claim 3, characterized in that the hemisphere is formed by a truncated cone with a height somewhat greater than the largest radius of the hemisphere and with a flat base surface with essentially the same radius as the hemisphere, and that the cone has an axial hole that extends partially through the cone from the smallest end face, to receive the end of the connecting wire.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the end of the connecting wire around which the material is formed is formed into a flange.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material forming the lump is indium.

7. Method according to claim 6, characterized in that at least the surface of the connection wire is made of nickel that has been carefully cleaned.