mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2023-2-101-109PMDJIVmateltech-521Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSВлияние технологических параметров при многопроволочной резке слитков GaAs на поверхностные характеристики пластинInfluence of technological parameters during multiwire cutting of GaAs ingots on the surface characteristics of the plateshttps://orcid.org/0000-0002-8237-0608ПодгорныйД. А.PodgornyD. A.

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Подгорный Дмитрий Андреевич — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Dmitry A. Podgorny — Cand. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor, Department of Materials Science of Semiconductors and Dielectrics

podgorny_d@misis.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6735-5058НестюркинМ. С.NestyurkinM. S.

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049;

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Нестюркин Михаил Сергеевич — магистр (1), младший научный сотрудник (2)

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049;

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Mikhail S. Nestyurkin — Master (1), Researcher (2)

mnestyurkin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7869-7886КомаровскийН. Ю.KomarovskiyN. Yu.

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049;

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Комаровский Никита Юрьевич — аспирант (1), стажер-исследователь (2)

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049;

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Nikita Yu. Komarovskiy — Postgraduate Student (1), Trainee Researcher (2)

nickkomarovskiy@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»; Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”; Federal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC)Russian Federation202305072023262101109Copyright © Подгорный Д.А., Нестюркин М.С., Комаровский Н.Ю., 20232023Подгорный Д.А., Нестюркин М.С., Комаровский Н.Ю.Podgorny D.A., Nestyurkin M.S., Komarovskiy N.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/521

Механическая обработка полупроводниковых монокристаллических слитков является одним из ключевых этапов в производстве пластин GaAs. Основной вопрос для получения качественных пластин — определение оптимальных параметров механической обработки, которое заключается в выявлении зависимостей качества поверхности подложек после резки от задаваемых при этом технологическом процессе параметров. Технология получения полированных полупроводниковых пластин (подложек) у практически всех полупроводниковых материалов схожая и имеет в своем различии только ряд отличительных черт, связанных с механическими и структурными особенностями отдельных материалов. Механическая обработка является первым после роста кристалла этапом, при котором необходимо соблюдать и совершенствовать множество технологических параметров для получения качественной готовой продукции. В технологическом процессе обработки полупроводника необходимо в первую очередь разделить кристалл на пластины со схожими поверхностными характеристиками. От качества этого разделения зависит то, какие пластины получатся в конечном итоге и насколько они будут пригодны как подложки для производства приборов при массовом производстве. Исследование влияния параметров резки на структуру нарушенного слоя и основных геометрических параметров пластин позволяет выявить оптимальные параметры механической резки и диапазон отклонений, возможный для получения пластин схожего качества для дальнейшей обработки.

Mechanical processing of semiconductor monocrystalline ingots is one of the key stages in the production of GaAs wafers. The main issue for obtaining high-quality plates is to determine the optimal parameters of machining and is to identify the dependencies of the surface quality of the substrates after cutting on the parameters set in this technological process. Technology for the production of polished semiconductor wafers (substrates) almost all semiconductor materials have a similar and has in its difference only a number of distinctive features related to the mechanical and structural features of individual materials. Mechanical processing is the first stage after crystal growth, in which it is necessary to observe and improve many technological parameters to obtain high-quality finished products. In the technological process of semiconductor processing, it is necessary first of all to divide the crystal into plates with similar surface characteristics. The quality of this separation determines which plates will eventually turn out and how suitable they will be as substrates for the production of devices in mass production. The study of the influence of cutting parameters on the structure of the disturbed layer and the basic geometric parameters of the plates allows us to identify the optimal parameters of mechanical cutting and to identify the range of deviations possible to obtain plates of similar quality for further processing.

полупроводниковые монокристаллыматериалы электроникимногопроволочная резкатехнологические параметрыпараметры поверхностиполупроводниковые подложкирастровый электронный микроскопsemiconductor single crystalselectronics materialsmultiwire cuttingtechnological parameterssurface parameterssemiconductor substratesscanning electron microscopeReferencesМаянов Е., Гасанов А., Князев С., Наумов А. Тенденции развития рынка монокристаллов GaAs. ЭЛЕКТРОНИКА: наука, технология, бизнес. 2018; (2(173)): 172—184. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2018.173.2.172.184Mayanov E., Hasanov A., Knyazev S. GaАs Monocrystals’ market trends. ELECTRONICS: Science, Technology, and Business. 2018; (2(173)): 172—184. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1992-4178.2018.173.2.172.184Goldstein J.I., Newbury D.E., Michael J.R., Ritchie N.W.M., Scott J.H.J., Joy D.C. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. N.Y.: Springer; 2018. 554 p.Goldstein J.I., Newbury D.E., Michael J.R., Ritchie N.W.M., Scott J.H.J., Joy D.C. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. N.Y.: Springer; 2018. 554 p.Маянов Е., Пархоменко Ю., Наумов А. Краеугольный кремний: промышленное полупроводниковое материаловедение в России. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017; (4(164)): 98—104. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2017.164.4.98.104Mayanov E., Parkhomenko Y., Naumov A. Fundamental silicon: industrial semiconductor materials science in Russia. ELECTRONICS: Science, Technology, and Business. 2017; (4(164)): 98—104. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1992-4178.2017.164.4.98.104Парфентьева И.Б., Пугачев Б.В., Павлов В.Ф., Козлова Ю.П., Князев С.Н., Югова Т.Г. Особенности формирования дислокационной структуры в монокристаллах арсенида галлия, полученных методом Чохральского. Кристаллография. 2017; 62(2): 259—263. https://doi.org/10.7868/S0023476117020205Parfenteva I.B., Pugachev B.V., Pavlov V.F., Knyazev C.N., Yugova T.G., Kozlova Y.P. Specific features of the formation of dislocation structure in gallium arsenide single crystals obtained by the Czochralski method. Crystallography Reports. 2017; 62(2): 275—278. https://doi.org/10.1134/S1063774517020201Кульчицкий Н.А., Маянов Е.П., Наумов А.В. Арсенид галлия и приборы нано-, микро- и оптоэлектроники на его основе. Нано- и микросистемная техника. 2017; 19(4): 207—211. https://doi.org/10.17587/nmst.19.207-214Kulchitskiy N.A., Mayanov E.P., Naumov A.V. Gallium arsenide: the basic material of microwave electronics. Nano- i mikrosistemnaya tekhnika = Nano- and Microsystems Technology. 2017; 19(4): 207—211. (In Russ.). https://doi.org/10.17587/nmst.19.207-214Zulehner W. Historical overview of silicon crystal pulling development. 12 p. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921510799004274 (дата обращения: 26.01.2023).Zulehner W. Historical overview of silicon crystal pulling development. 12 p. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921510799004274 (accessed on 26.01.2023).Uecker R. The historical development of Czochralski method. Journal of Crystal Growth. 2014; 401(99): 7—25. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2013.11.095Uecker R. The historical development of Czochralski method. Journal of Crystal Growth. 2014; 401(99): 7—25. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2013.11.095Наумов А.В. Метод создания мира. К 100-летию открытия метода Чохральского и 60-летию получения первого кристалла германия в России. ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2016; (9(159)): 157—167.Naumov A. The method of creation of the world. On the 100th anniversary of Czochralski method development and the 60th anniversary of the first germanium crystal growth in Russia. ELECTRONICS: Science, Technology, and Business. 2016; (9(159)): 157—167. (In Russ.)Левонович Б.Н. О развитии производства материалов для электроники. В сб.: II Междунар. науч.-практ. конф. «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение», посвященная памяти академика Н.П. Сажина. РедМет-2022. 23–25 ноября, Москва. М.: РедМет; 2022. 138 с.Levonovich B.N. On the development of the production of materials for electronics. Moscow: REDMet; 2022. 138 p. In: II Inter. Scient.-pract. conf. “Rare metals and materials based on them: technologies, properties and applications”, dedicated to the memory of Academician N.P. Sazhin. RareMet-2022. November 23–25, Moscow. Moscow: RareMet; 2022. (In Russ.)Князев С.Н., Югова Т.Г. Проблемы роста структурно-совершенных монокристаллов арсенида галлия методом Чохральского. В сб.: Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение. РедМет-2021. Сажинские чтения. 9–10 декабря, 2021, Москва. М.: РедМет; 2021. С. 37.Knyazev S.N., Yugova T.G. Problems of growth of structurally perfect single crystals of gallium arsenide by the Czochralski method. In: Rare metals and materials based on them: technologies, properties and applications. RareMe-2021. Sazhinsky readings. December 9–10, 2021, Moscow. Moscow: RareMe; 2021. P. 37. (In Russ.)Переломова Н.В., Тагиева М.М. Кристаллофизика. М.: Издательский Дом НИТУ «МИСиС»; 2013. 408 с.Perelomova N.V., Tagieva M.M. crystal physics. Moscow: Izdatel’skii Dom NITU “MISiS”; 2013. 408 p. (In Russ.)Шалимова К.В. Физика полупроводников. СПб.: Лань; 2010. 390 с.Shalimova K.V. Physics of semiconductors. St. Petersburg: Lan’; 2010. 390 p. (In Russ.)Левченко Д.С., Теплова Т.Б., Югова Т.Г. Исследование дислокационной структуры монокристаллов арсенида галлия, используемых для создания приборов сверхскоростной микроэлектроники. В сб.: Материалы II Междунар. науч.-практ. конф. «Экономика и практический менеджмент в России и за рубежом». Коломна, 30 апреля 2015. Коломна: Коломенский ин-т (фил.) ФГБОУ ВПО «Московский гос. машиностроительный ун-т (МАМИ)»; 2015. С. 135—137.Levchenko D.S., Teplova T.B., Yugova T.G. Investigation of the dislocation structure of gallium arsenide single crystals used to create devices for ultrahigh-speed microelectronics. In: Proceed. of II Inter. Scient.-pract.. conf. “Economics and practical management in Russia and abroad”. Kolomna, April 30, 2015. Kolomna: Kolomenskii un-t (fil.) FGBOU VPO «Moskovskii gos. mashinostroitel’nyi un-t (MAMI)»; 2015. P. 135—137. (In Russ.)Случинская И.А. Основы материаловедения и технологии полупроводников. М.: Мир; 2002. 376 с.Sluchinskaya I.A. Fundamentals of materials science and semiconductor technology. Moscow: Мir; 2012. 376 p. (In Russ.)Авров Д.Д., Лебедев А.О., Таиров Ю.М. Основные дефекты в слитках и эпитаксиальных слоях карбида кремния I. Дислокационная структура и морфологические дефекты. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015; 20(3): 225—238.Avrov D.D., Lebedev A.O., Tairov Yu.M. Main defects in ingots and epitaxial layers of silicon carbide. I. Dislocation structure and morphological defects. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Elektronika = Proceedings of Universities. Electronics. 2015; 20(3): 225—238. (In Russ.)Косушкин В.Г., Кожитов Л.В., Кожитов С.Л. Состояние и проблемы выращивания монокристаллов полупроводников высокой однородности. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2013; (1): 10—22.Kosushkin V.G., Kozhitov L.V., Kozhitov S.L. Stateand growing problem of high uniformity semiconductor single crystals. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2013; (1): 10—22. (In Russ.)Кудря А.В., Соколовская Э.А., Скородумов С.В., Траченко В.А., Папина К.Б. Возможности цифровой световой микроскопии для объективной аттестации качества металлопродукции. Металловедение и термическая обработка металлов. 2018; (4(754)): 15—23.Kudrya A.V., Sokolovskaya E.A., Skorodumov S.V., Trachenko V.A., Papina K.B. Possibilities of digital optical microscopy for objective certification of the quality of metalware. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2018; (4(754)): 15—23. (In Russ.)Суворов Э.В. Физические основы экспериментальных методов исследования реальной структуры кристаллов. Черноголовка: ИФТТ РАН; 2021. 209 с.Suvorov E.V. Physical foundations of experimental methods for studying the real structure of crystals. Chernogolovka: IFTT RAN; 2021. 209 p. (In Russ.)Комаровский Н.Ю., Ющук В.В., Биндюг Д.В., Богембаев Н.Р. Исследование градиента распределения дефектов в монокристаллических пластинах кремния и арсенида галлия с помощью рентгеновской топографии. Международный научно-исследовательский журнал. 2021; (4-1(106)): 26—31. https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.004Komarovsky N.Yu., Yushchuk V.V., Bindyug D.V., Bogembaev N.R. Investigation of the defect distribution gradient in single-crystal silicon and gallium arsenide plates using X-ray topography. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal = International Research Journal. 2021; (4-1(106)): 26—31. (In Russ.). https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.004Князев С.Н., Комаровский Н.Ю., Чупраков В.А., Ющук В.В. Влияние технологических параметров на структурное совершенство монокристаллического арсенида галлия. В сб.: Междунар. науч. конф. «Современные материалы и передовые производственные технологии» (СМППТ-2021). Санкт-Петербург, 21–23 сентября 2021. СПб.: ФГОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»; 2021. С. 218—220.Knyazev S.N., Komarovsky N.Yu., Chuprakov V.A., Yushchuk V.V. Influence of technological parameters on the structural perfection of single-crystal gallium arsenide. In: Inter. scient. conf. “Modern materials and advanced production technologies” (SMPPT-2021). St. Petersburg, September 21–23, 2021. St. Petersburg: FGOU VO “Sankt-Peterburgskii politekhnicheskii universitet Petra Velikogo”; 2021. P. 218—220. (In Russ.)Виглин Н.А., Грибов И.В., Цвелиховская В.М., Патраков Е.И. Очистка от оксидов поверхности пластин полупроводника InSb для создания латеральных спиновых клапанов. Физика и техника полупроводников. 2019; 53(2): 277—280. https://doi.org/10.21883/FTP.2019.02.47113.8906Viglin N.A., Gribov I.V., Tsvelikhovskaya V.M., Patrakov E.I. Oxide removal from the InSb plate surface to produce lateral spin valves. Semiconductors. 2019; 53(2): 264—267. https://doi.org/10.1134/S1063782619020258Файнштейн С.М. Обработка поверхности полупроводниковых приборов. М.; Ленинград: Энергия; 1966. 256 с.Fainshtein S.M. Semiconductor surface treatment. Moscow; Leningrad: Energiya; 1966. 256 p. (In Russ.)Левченко И.В., Стратийчук И.Б., Томашик В.Н., Маланич Г.П., Корчевой А.А. Особенности химического полирования кристаллов InAs, GaAs, InSb и GaSb в растворах (NH4)2Cr2O7–HBr–CH2(OH)CH2(OH). Вопросы химии и химических технологии. 2017; (2(111): 29—35.Levchenko I.V., Stratiychuk I.B., Tomashyk V.N., Malanych G.P., Korchovyi A.A. Features of the chemical polishing of InAs, GaAs, InSb and GaSb crystals in the (NH4)2Cr2O7–HBr–CH2(OH)CH2(OH) solutions. Voprosy khimii i khimicheskoi technologii = Issues of Сhemistry and Сhemical Technology. 2017; (2(111): 29—35. (In Russ.)Маслов А.А. Технология и конструкции полупроводниковых приборов. М.: Энергия; 1970. 296 c.Maslov A.A. Technology and design of semiconductor devices. Moscow: Energiya; 1970. 296 p. (In Russ.)Самойлов А.М., Беленко С.В., Сирадзе Б.А., Тореев А.С., Донцов А.И., Филонова И.В. Плотность дислокаций в пленках PbTe, выращенных на подложках Si (100) и BaF2 (100) модифицированным методом «горячей стенки». Конденсированные среды и межфазные границы. 2013; 15(3): 322—331.Samoylov A.M., Belenko S.V., Siradze B.A., Toreev A.S., Dontsov A.I., Filonova I.V. The dislocation density in PbTe films on Si (100) and BaF2 (100) substrates prepared by modified “Hot wall” technique. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2013; 15(3): 322—331. (In Russ.)Суслов А.А., Чижик С.А. Сканирующие зондовые микроскопы (обзор). Материалы, технологии, инструменты. 1997; (3): 78—89. URL: http://microtm.com/download/mti-spmreview.pdfSuslov A.A., Chizhik S.A. Scanning probe microscopes (overview). Materialy, tekhnologii, instrument. 1997; (3): 78—89. (In Russ.). URL: http://microtm.com/download/mti-spmreview.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.