सेमीकंडक्टर निर्माण की मुख्य प्रक्रियाओं में, एल्यूमिना सिरेमिक अपने उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, उच्च कठोरता, प्लाज्मा क्षरण प्रतिरोध और अच्छी तापीय चालकता के कारण एक अनिवार्य महत्वपूर्ण सामग्री बन गया है। इनका उपयोग मुख्य रूप से वेफर हैंडलिंग और ईच चैंबर्स में उच्च शुद्धता वाले संरचनात्मक घटकों के लिए किया जाता है।
इन महत्वपूर्ण घटकों में शामिल हैं: वैक्यूम चक और इलेक्ट्रोस्टैटिक चक जो उच्च तापमान और संक्षारक गैसों का सामना करते हुए वेफर्स को सुरक्षित करते हैं; लाइनर और फोकस रिंग जो प्लाज़्मा ईच चैम्बर की दीवारों की रक्षा करते हैं और कण संदूषण को कम करते हैं; प्रक्रिया चक जो वेफर्स का समर्थन करते समय धातु संदूषण को रोकते हैं; और परिशुद्धता वायु{{0}असर वाले गाइड बेस जो लिथोग्राफी और निरीक्षण उपकरण में अल्ट्रा{1}स्थिर समर्थन प्रदान करते हैं। इन घटकों के लिए कम से कम 99% Al₂O₃ शुद्धता स्तर की आवश्यकता होती है, अक्सर 99.5% या अधिक - औद्योगिक ग्रेड 92-96% से कहीं अधिक। इसके पीछे के कारणों को इस प्रकार समझा जा सकता है।
पहला: प्लाज्मा वातावरण लगातार सिरेमिक सतह को नष्ट कर देता है
ईच प्रक्रियाओं में अत्यधिक उच्च ऊर्जा वाले हैलोजन आधारित प्लाज़्मा (Cl₂, HBr, फ्लोरीन युक्त गैसें) का उपयोग किया जाता है, जिससे चैम्बर की दीवारें रासायनिक संक्षारण और भौतिक स्पटरिंग दोनों के अधीन हो जाती हैं।
रासायनिक संक्षारण: हैलोजन सिरेमिक में ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे एल्यूमिना सतह पर वाष्पशील यौगिक बनते हैं और परत का -दर-परत क्षरण होता है।
भौतिक स्पटरिंग: उच्च -ऊर्जा आयन सीधे सतह पर बमबारी करते हैं, एक-एक करके परमाणुओं को नष्ट कर देते हैं।
साथ में, ये प्रभाव चैम्बर सामग्री से कणों या परमाणु प्रजातियों को पर्यावरण में छोड़ते हैं। यदि अशुद्धियाँ मौजूद हैं, तो वे वेफर पर संदूषण स्रोत बन जाते हैं।
दूसरा: धातु की अशुद्धियाँ चिप्स को भयावह क्षति पहुँचाती हैं
एल्यूमिना में अवशिष्ट अशुद्धियाँ दो मुख्य श्रेणियों में आती हैं, प्रत्येक की एक अलग क्षति तंत्र होती है:
क्षार धातु आयन (जैसे, Na⁺, K⁺): ये आयन सिलिकॉन उपकरणों में अत्यधिक गतिशील होते हैं। एक बार जब वे गेट ऑक्साइड में प्रवेश करते हैं, तो वे एमओएस उपकरणों में थ्रेशोल्ड वोल्टेज बदलाव का कारण बनते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर स्विचिंग व्यवहार अस्थिर हो जाता है। यह गिरावट क्रमिक है - ऑपरेशन के दौरान तापमान परिवर्तन और विद्युत क्षेत्रों से प्रेरित, आयन पलायन जारी रखते हैं, जिससे उपकरण लगातार खराब होता रहता है।
संक्रमण धातुएँ (जैसे, Fe, Ni, Cu): ये तत्व सिलिकॉन में गहरे स्तर के दोष बनाते हैं, जो अल्पसंख्यक वाहकों के लिए पुनर्संयोजन केंद्र के रूप में कार्य करते हैं। यह वाहक जीवनकाल को काफी हद तक कम कर देता है, जो बढ़े हुए डायोड लीकेज करंट, धीमी डिवाइस प्रतिक्रिया और ख़राब पी -एन जंक्शन विशेषताओं के रूप में प्रकट होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि 10 एनएम मोटे गेट ऑक्साइड के लिए, सिलिकॉन में 8×10¹⁰ परमाणु/सेमी² से अधिक लौह सांद्रता गेट ऑक्साइड की गुणवत्ता से गंभीर रूप से समझौता करती है।
यह बताता है कि क्यों औद्योगिक -ग्रेड 96% एल्युमिना, अन्यत्र पूरी तरह से पर्याप्त, अर्धचालक कक्षों में पूरी तरह से अपर्याप्त है। 96% से 99.8% तक - शुद्धता में केवल 3.8% का अंतर - कुल अशुद्धता सामग्री दस या अधिक के कारक से गिर जाती है।