離子注入機

離子注入機由5部分組成：離子源、離子引出和質量分析器、加速管、掃描系統、工藝腔。

離子源

離子注入機利用離子源中燈絲產生的熱電子在電場的作用下轟擊氣體分子，使之電離。待注入的雜質源如果是氣態，便可以直接引入到離子源的電場中，如果是固態，則還需加熱蒸發，變為氣相後引入到這個電場中。氣相的雜質源在電場中被電離後變成為離子（即帶電的原子或分子）。

離子引出和質量分析器

所有帶正電的離子被離子源陽極的正壓排斥從一個狹縫中被引出，此時等離子體中的電子被陰極排斥而被阻止，由此形成了正離子組成的離子束。熱電子轟擊雜質源氣體分子會產生多種離子，比如三氟化硼氣體源，在離子源中會形成

、

、

、

和

等多種離子，每種離子的質荷比不同，在通過質量分析器的分析磁鐵時，離子的運動軌道會不同，離子注入機的質量分析器可以將所需要的雜質離子從混合的離子束中分離出來。

加速管

要使離子能夠獲得更大的能量，正離子從質量分析器出來後還要通過加速管的高壓得到所需要的速度。加速管是由一系列介質隔離的電極組成，電極上的負電壓依次增大。當正離子進入到加速管後，各個負電極為離子加速，離子的運動速度是各級加速的疊加，總的電壓越高，離子的運動速度越快，即動能越大。

掃描系統

離子注入機的掃描系統構成了離子束與硅片之間的相對運動，為了使硅片上的雜質呈均勻分佈，避免離子長時間的轟擊局部一點過熱，造成不可恢復的損傷，硅片的離子注入都採用掃描方式。有兩種基本的掃描方式：機械式掃描和電磁式掃描。機械式掃描採用的是硅片移動的方法，即靶盤帶動硅片運動。電磁式掃描是用電磁場將離子束偏轉實現掃描。也有的注入機採用混合方式，即機械和電磁兩種方式相結合。

工藝腔

工藝腔包括放置硅片的靶盤、掃描系統、帶真空鎖的硅片裝卸終端枱、硅片傳輸系統和計算機控制系統 ^[2]  。

離子注入機由離子源、離子引入和質量分析器、加速管、掃描系統和工藝腔組成，可以根據實際需要省去次要部位。離子源是離子注入機的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強度。離子源直流放電或高頻放電產生的電子作為轟擊粒子，當外來電子的能量高於原子的電離電位時，通過碰撞使元素髮生電離。碰撞後除了原始電子外，還出現正電子和二次電子。正離子進入質量分析器選出需要的離子，再經過加速器獲得較高能量，由四級透鏡聚焦後進入靶室，進行離子注入。

常用的生產型離子注入機主要有三種類型：低能大束流注入機、高能注入機和中束流注入機，如下表所示：

低能大束流離子注入機：大束流的注入機的束流可以達到幾毫安甚至幾十毫安，注入劑量範圍

。能量低於100keV，由於器件的特徵尺寸不斷縮小，需要更低能量的注入，以形成淺結或超淺結，有的大束流的注入機的最低能量可以達到0.2keV。

高能離子注入機：高能注入機的能量可高達幾MeV，注入劑量為

。

中束流離子注入機：中束流注入機的注入能量在幾百keV範圍內，注入劑量範圍比高能注入機大 ^[2]  。

離子注入機是集成電路製造前工序中的關鍵設備，離子注入是對半導體表面附近區域進行摻雜的技術，其目的是改變半導體的載流子濃度和導電類型。離子注入與常規熱摻雜工藝相比可對注入劑量、注入角度、注入深度、橫向擴散等方面進行精確的控制，克服了常規工藝的限制，提高了電路的集成度、開啓速度、成品率和壽命，降低了成本和功耗。離子注入機廣泛用於摻雜工藝，可以滿足淺結、低温和精確控制等要求，已成為集成電路製造工藝中必不可少的關鍵裝備。

2023年7月14日，中國電子科技集團公司第48研究所研發生產的第100台國產離子注入機發往用户。這標誌着國內首家離子注入機自研量產企業誕生，也代表國產離子注入機已成功通過產業化考驗。 ^[4]