Pagrindiniuose puslaidininkių gamybos procesuose aliuminio oksido keramika tapo nepakeičiama pagrindine medžiaga dėl puikios elektros izoliacijos, didelio kietumo, atsparumo plazmos erozijai ir gero šilumos laidumo. Jie daugiausia naudojami didelio-grynumo struktūriniams komponentams plokštelių tvarkymo ir ėsdinimo kamerose.
Šie svarbūs komponentai yra: vakuuminiai griebtuvai ir elektrostatiniai griebtuvai, kurie pritvirtina plokšteles, tuo pat metu atlaikant aukštą temperatūrą ir ėsdinančias dujas; įdėklai ir fokusavimo žiedai, apsaugantys plazmos ėsdinimo kameros sieneles ir mažinantys dalelių užterštumą; apdorojimo griebtuvai, kurie apsaugo nuo metalo užteršimo laikydami plokšteles; ir tikslūs oro{0}}guolio kreipiamieji pagrindai, užtikrinantys itin-stabilią litografijos ir tikrinimo įrangos palaikymą. Šiems komponentams reikalingas ne mažesnis kaip 99 % Al₂O3 grynumo lygis, dažnai 99,5 % arba didesnis – daug didesnis nei pramoninis 92–96 %. To priežastis galima suprasti taip.
Pirma: plazmos aplinka nuolat ardo keraminį paviršių
Odinimo procesuose naudojama halogeno -pagrindo plazma (Cl₂, HBr, fluoro-turinčios dujos), pasižyminti itin didele energija, veikianti kameros sieneles ir cheminei korozijai, ir fiziniam purškimui.
Cheminė korozija: halogenai reaguoja su keramikoje esančiais oksidais, sudarydami lakius junginius ant aliuminio oksido paviršiaus ir sukeldami sluoksnio-dėl-sluoksnio eroziją.
Fizinis purškimas: didelės{0}}energijos jonai tiesiogiai bombarduoja paviršių, vieną po kito išmušdami atomus.
Kartu šie poveikiai iš kameros medžiagos į aplinką išskiria daleles arba atomines rūšis. Jei yra priemaišų, jos tampa plokštelės taršos šaltiniais.
Antra: metalo priemaišos sukelia katastrofišką lustų žalą
Likusios aliuminio oksido priemaišos skirstomos į dvi pagrindines kategorijas, kurių kiekviena turi skirtingą pažeidimo mechanizmą:
Šarminių metalų jonai (pvz., Na⁺, K⁺): šie jonai labai mobilūs silicio prietaisuose. Kai jie patenka į vartų oksidą, jie sukelia slenkstinės įtampos poslinkį MOS įrenginiuose, destabilizuodami tranzistorių perjungimo elgesį. Šis skilimas yra laipsniškas – dėl temperatūros pokyčių ir elektrinių laukų veikimo metu jonai toliau migruoja, sukeldami nuolatinį įrenginio gedimą.
Pereinamieji metalai (pvz., Fe, Ni, Cu): šie elementai sudaro gilius -lygio silicio defektus, kurie veikia kaip mažumos nešiotojų rekombinacijos centrai. Tai drastiškai sumažina nešiklio tarnavimo laiką, pasireiškiantį padidėjusia diodo nuotėkio srovė, lėtesniu įrenginio atsaku ir pablogėjusiomis p-n sandūros charakteristikomis. Tyrimai rodo, kad 10 nm storio vartų oksido geležies koncentracija, viršijanti 8 × 10¹⁰ atomus/cm² silicyje, smarkiai pablogina užtvaro oksido kokybę.
Tai paaiškina, kodėl pramoninio -96 % aliuminio oksido, visiškai tinkamo kitur, visiškai nepakanka puslaidininkių kamerose. Nuo 96 % iki 99,8 % – grynumo skirtumas tik 3,8 % – bendras priemaišų kiekis sumažėja dešimt ar daugiau kartų.