Pusvadītāju ražošanas pamatprocesos alumīnija oksīda keramika ir kļuvusi par neaizstājamu galveno materiālu, pateicoties tai lieliskajai elektroizolācijai, augstajai cietībai, plazmas erozijai un labajai siltumvadītspējai. Tos galvenokārt izmanto augstas-tīrības strukturālajiem komponentiem vafeļu apstrādes un kodināšanas kamerās.
Šīs kritiskās sastāvdaļas ir: vakuuma patronas un elektrostatiskās patronas, kas nostiprina vafeles, vienlaikus izturot augstu temperatūru un kodīgas gāzes; starplikas un fokusa gredzeni, kas aizsargā plazmas kodināšanas kameras sienas un samazina daļiņu piesārņojumu; apstrādes patronas, kas novērš metāla piesārņojumu, vienlaikus atbalstot vafeles; un precīzas gaisa{0}}gultņu vadotnes, kas nodrošina īpaši-stabilu atbalstu litogrāfijas un pārbaudes aprīkojumā. Šiem komponentiem ir nepieciešams Al₂O3 tīrības līmenis vismaz 99%, bieži 99,5% vai augstāks, kas ir daudz augstāks par rūpniecisko 92–96%. Iemeslus aiz tā var saprast šādi.
Pirmkārt: plazmas vide nepārtraukti grauj keramikas virsmu
Kodināšanas procesos izmanto halogēnu{0}}bāzētu plazmu (Cl₂, HBr, fluoru-saturošas gāzes) ar ārkārtīgi augstu enerģiju, pakļaujot kameras sienas gan ķīmiskai korozijai, gan fiziskai izsmidzināšanai.
Ķīmiskā korozija: halogēni reaģē ar oksīdiem keramikā, veidojot gaistošus savienojumus uz alumīnija oksīda virsmas un izraisot slāņa -ar-slāņa eroziju.
Fiziskā izsmidzināšana:{0}}augstas enerģijas joni tieši bombardē virsmu, izsitot atomus pa vienam.
Kopā šie efekti atbrīvo daļiņas vai atomu sugas no kameras materiāla vidē. Ja ir piemaisījumi, tie kļūst par vafeles piesārņojuma avotiem.
Otrkārt: metāla piemaisījumi rada katastrofālus mikroshēmu bojājumus
Atlikušos alumīnija oksīda piemaisījumus iedala divās galvenajās kategorijās, katrai no kurām ir atšķirīgs bojājuma mehānisms:
Sārmu metālu joni (piemēram, Na⁺, K⁺): Šie joni ir ļoti mobili silīcija ierīcēs. Kad tie nonāk vārtu oksīdā, tie izraisa sliekšņa sprieguma maiņu MOS ierīcēs, destabilizējot tranzistora pārslēgšanas uzvedību. Šī degradācija ir pakāpeniska – temperatūras izmaiņu un elektrisko lauku ietekmē darbības laikā joni turpina migrēt, izraisot nepārtrauktu ierīces nolietošanos.
Pārejas metāli (piemēram, Fe, Ni, Cu): šie elementi veido dziļus -līmeņa defektus silīcijā, kas darbojas kā mazākuma nesēju rekombinācijas centri. Tas krasi samazina nesēja kalpošanas laiku, kas izpaužas kā palielināta diodes noplūdes strāva, lēnāka ierīces reakcija un pasliktināti p-n savienojuma raksturlielumi. Pētījumi liecina, ka 10 nm biezam aizbīdņa oksīdam dzelzs koncentrācija, kas silīcijā pārsniedz 8 × 10¹⁰ atomus/cm², nopietni apdraud vārtu oksīda kvalitāti.
Tas izskaidro, kāpēc rūpnieciskās -96% alumīnija oksīds, kas ir pilnīgi piemērots citur, ir pilnīgi nepietiekams pusvadītāju kamerās. No 96% līdz 99,8% – tīrības atšķirība ir tikai 3,8% – kopējais piemaisījumu saturs samazinās par desmit vai vairāk.