В основните процеси на производството на полупроводници алуминиевата керамика се превърна в незаменим ключов материал поради отличната си електрическа изолация, висока твърдост, устойчивост на плазмена ерозия и добра топлопроводимост. Използват се основно за структурни компоненти с висока-чистота при обработка на пластини и камери за ецване.
Тези критични компоненти включват: вакуумни патронници и електростатични патронници, които закрепват пластините, като издържат на високи температури и корозивни газове; облицовки и фокусиращи пръстени, които защитават стените на камерата за плазмено ецване и намаляват замърсяването с частици; технологични патронници, които предотвратяват замърсяване на метал, докато поддържат пластини; и прецизни въздушни{0}}носещи направляващи основи, които осигуряват ултра{1}}стабилна опора в литографско и инспекционно оборудване. Тези компоненти изискват нива на чистота на Al₂O₃ от най-малко 99%, често 99,5% или по-високи – много над промишления клас от 92–96%. Причините за това могат да се разберат по следния начин.
Първо: Плазмената среда непрекъснато разяжда керамичната повърхност
Процесите на ецване използват плазми на базата на халоген- (Cl₂, HBr, флуор-съдържащи газове) с изключително висока енергия, подлагайки стените на камерата както на химическа корозия, така и на физическо разпръскване.
Химическа корозия: Халогените реагират с оксиди в керамиката, образувайки летливи съединения върху повърхността на алуминиевия оксид и причинявайки ерозия -по-слой.
Физическо разпръскване: Високо{0}}енергийните йони директно бомбардират повърхността, избивайки атомите един по един.
Заедно тези ефекти освобождават частици или атомни видове от материала на камерата в околната среда. Ако има примеси, те стават източници на замърсяване върху пластината.
Второ: Металните примеси причиняват катастрофални щети на чиповете
Остатъчните примеси в двуалуминиевия оксид попадат в две основни категории, всяка с различен механизъм на увреждане:
Йони на алкални метали (напр. Na⁺, K⁺): Тези йони са силно подвижни в силициевите устройства. След като влязат в оксида на вратата, те причиняват изместване на праговото напрежение в MOS устройствата, дестабилизирайки поведението на превключване на транзистора. Това разграждане е постепенно – водено от температурни промени и електрически полета по време на работа, йоните продължават да мигрират, причинявайки непрекъснато влошаване на устройството.
Преходни метали (напр. Fe, Ni, Cu): Тези елементи образуват дълбоки -дефекти на ниво в силиций, действащи като рекомбинационни центрове за незначителни носители. Това драстично намалява живота на носителя, което се проявява като увеличен ток на утечка на диод, по-бавна реакция на устройството и влошени характеристики на p-n прехода. Проучванията показват, че за 10 nm дебел затворен оксид, концентрация на желязо, надвишаваща 8×10¹⁰ атома/cm² в силиция, сериозно компрометира качеството на затворния оксид.
Това обяснява защо промишлен{0}}клас 96% двуалуминиев оксид, напълно подходящ другаде, е напълно недостатъчен в полупроводниковите камери. От 96% до 99,8% – разлика от само 3,8% в чистотата – общото съдържание на примеси намалява с фактор десет или повече.