アルミナセラミックスは、優れた電気絶縁性、高硬度、耐プラズマエロージョン性、良好な熱伝導性により、半導体製造の中核プロセスにおいて欠かせないキーマテリアルとなっています。これらは主に、ウェーハ処理チャンバーやエッチング チャンバーの高純度構造コンポーネントに使用されます。-
これらの重要なコンポーネントには、高温や腐食性ガスに耐えながらウェーハを固定する真空チャックと静電チャックが含まれます。プラズマエッチングチャンバーの壁を保護し、粒子汚染を軽減するライナーとフォーカスリング。ウェーハを支持しながら金属汚染を防ぐプロセスチャック。リソグラフィーや検査装置に超安定したサポートを提供する{0}高精度エア ベアリング ガイド ベース。-これらのコンポーネントには、少なくとも 99%、多くの場合 99.5% 以上の Al₂O₃ 純度レベルが必要であり、これは工業グレードの 92 ～ 96% をはるかに上回っています。この理由は次のように理解できます。
1 つ目: プラズマ環境はセラミック表面を継続的に侵食します。
エッチング プロセスでは、非常に高エネルギーのハロゲン{0}ベースのプラズマ（Cl₂、HBr、フッ素-含有ガス）が使用され、チャンバー壁が化学的腐食と物理的スパッタリングの両方にさらされます。
化学腐食: ハロゲンがセラミック内の酸化物と反応して、アルミナ表面に揮発性化合物を形成し、層ごとに浸食を引き起こします。-
物理的スパッタリング: 高エネルギーのイオンが表面に直接衝突し、原子を 1 つずつノックアウトします。{0}
これらの効果が同時に作用して、粒子または原子種がチャンバー材料から環境中に放出されます。不純物が存在すると、ウェーハ上の汚染源となります。
2 番目: 金属不純物はチップに壊滅的なダメージを与える
アルミナ中の残留不純物は主に 2 つのカテゴリに分類され、それぞれに異なる損傷メカニズムがあります。
アルカリ金属イオン (Na+、K+ など): これらのイオンはシリコン デバイス内で非常に移動しやすいです。これらがゲート酸化膜に入ると、MOS デバイスのしきい値電圧シフトを引き起こし、トランジスタのスイッチング動作を不安定にします。この劣化は徐々に進行します。動作中の温度変化と電場によって引き起こされ、イオンは移動を続け、デバイスの継続的な劣化を引き起こします。
遷移金属 (Fe、Ni、Cu など): これらの元素はシリコン内に深い - レベルの欠陥を形成し、少数キャリアの再結合中心として機能します。これにより、キャリアの寿命が大幅に短縮され、ダイオードの漏れ電流の増加、デバイスの応答の低下、p-} 接合特性の劣化として現れます。研究によると、厚さ 10 nm のゲート酸化物の場合、シリコン内の鉄濃度が 8×1010 原子/cm2 を超えると、ゲート酸化物の品質が著しく損なわれることがわかっています。
これは、他の分野では完全に適切である工業用グレードの 96% アルミナが、半導体チャンバーではまったく不十分である理由を説明しています。{0}} 96% から 99.8% へ (純度の違いはわずか 3.8%)、不純物の合計含有量は 10 分の 1 以上減少します。