ในกระบวนการหลักของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เซรามิกอลูมินาได้กลายเป็นวัสดุหลักที่ขาดไม่ได้เนื่องจากมีความเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม มีความแข็งสูง ทนต่อการกัดกร่อนของพลาสมา และมีค่าการนำความร้อนที่ดี ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับส่วนประกอบโครงสร้างที่มีความบริสุทธิ์สูง-ในการจัดการแผ่นเวเฟอร์และห้องกัด
ส่วนประกอบที่สำคัญเหล่านี้ประกอบด้วย: หัวจับสุญญากาศและหัวจับไฟฟ้าสถิตที่ยึดแผ่นเวเฟอร์ในขณะที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงและก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน; ไลเนอร์และวงแหวนโฟกัสที่ปกป้องผนังห้องกัดพลาสมาและลดการปนเปื้อนของอนุภาค หัวจับกระบวนการที่ป้องกันการปนเปื้อนของโลหะในขณะที่รองรับเวเฟอร์ และฐานนำแบริ่งลมที่มีความแม่นยำ-ซึ่งให้การสนับสนุน-ความเสถียรเป็นพิเศษในการพิมพ์หินและอุปกรณ์ตรวจสอบ ส่วนประกอบเหล่านี้ต้องการระดับความบริสุทธิ์ของ Al₂O₃ อย่างน้อย 99% ซึ่งมักจะเป็น 99.5% หรือสูงกว่า ซึ่งสูงกว่าเกรดอุตสาหกรรมที่ 92–96% มาก เหตุผลเบื้องหลังนี้สามารถเข้าใจได้ดังนี้
ประการแรก: สภาพแวดล้อมของพลาสมากัดกร่อนพื้นผิวเซรามิกอย่างต่อเนื่อง
กระบวนการกัดกรดใช้พลาสมาที่มีฮาโลเจน- (Cl₂, HBr, ฟลูออรีน-ที่มีก๊าซเป็นส่วนประกอบ) ที่มีพลังงานสูงมาก ส่งผลให้ผนังห้องต้องเผชิญกับทั้งการกัดกร่อนของสารเคมีและการสปัตเตอร์ทางกายภาพ
การกัดกร่อนของสารเคมี: ฮาโลเจนทำปฏิกิริยากับออกไซด์ในเซรามิก ทำให้เกิดสารประกอบระเหยบนพื้นผิวอลูมินา และทำให้เกิดการกัดเซาะของชั้น-ต่อ-ชั้น
การสปัตเตอร์ทางกายภาพ: ไอออนพลังงานสูง-พุ่งกระหน่ำพื้นผิวโดยตรง และทำให้อะตอมแตกทีละอะตอม
ผลกระทบเหล่านี้จะปล่อยอนุภาคหรือสายพันธุ์อะตอมจากวัสดุในห้องออกสู่สิ่งแวดล้อม หากมีสิ่งเจือปนอยู่ สิ่งเหล่านั้นจะกลายเป็นแหล่งปนเปื้อนบนแผ่นเวเฟอร์
ประการที่สอง: สิ่งเจือปนที่เป็นโลหะทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อชิป
สิ่งเจือปนที่ตกค้างในอลูมินาแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก โดยแต่ละประเภทมีกลไกความเสียหายที่แตกต่างกัน:
ไอออนของโลหะอัลคาไล (เช่น Na⁺, K⁺): ไอออนเหล่านี้มีความคล่องตัวสูงในอุปกรณ์ซิลิคอน เมื่อเข้าไปในเกทออกไซด์ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ในอุปกรณ์ MOS ซึ่งทำให้พฤติกรรมการสลับทรานซิสเตอร์ไม่เสถียร การย่อยสลายนี้จะค่อยเป็นค่อยไป โดยได้รับแรงหนุนจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและสนามไฟฟ้าระหว่างการทำงาน ไอออนจะเคลื่อนที่ต่อไป ส่งผลให้อุปกรณ์เสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่อง
โลหะทรานซิชัน (เช่น Fe, Ni, Cu): องค์ประกอบเหล่านี้ก่อให้เกิดข้อบกพร่องระดับลึก-ในซิลิคอน ซึ่งทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวมตัวกันใหม่สำหรับพาหะของชนกลุ่มน้อย สิ่งนี้จะลดอายุการใช้งานของพาหะลงอย่างมาก โดยแสดงเป็นกระแสรั่วไหลของไดโอดที่เพิ่มขึ้น การตอบสนองของอุปกรณ์ช้าลง และลักษณะเฉพาะของจุดต่อ-ที่ลดลง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าสำหรับเกทออกไซด์ที่มีความหนา 10 นาโนเมตร ความเข้มข้นของเหล็กที่เกิน 8×10¹⁰ อะตอม/ซม.² ในซิลิคอนจะส่งผลต่อคุณภาพของเกทออกไซด์อย่างรุนแรง
สิ่งนี้อธิบายได้ว่าเหตุใดอลูมินาเกรดอุตสาหกรรม- 96% ซึ่งเพียงพอในที่อื่นจึงไม่เพียงพอโดยสิ้นเชิงในห้องเซมิคอนดักเตอร์ จาก 96% เป็น 99.8% - ส่วนความบริสุทธิ์ต่างกันเพียง 3.8% - ปริมาณสิ่งเจือปนทั้งหมดลดลงสิบเท่าหรือมากกว่านั้น