离子注人机是一种特殊的粒子加速器,用来加速杂质离子,使它们能穿透硅晶体到达几微米的深度。离子注人系统可分为6个主要部分:离子源、磁分析器、 RB751V40加速器、扫描器、偏束板和靶室,另外还有真空排气系统和电子控制器,离子注人机系统示意图。

   离子源 它是产生注人离子的发生器。常用的离子源有高频离子源、电子振荡型离子源和溅射型离子源等。其作用是把引人离子源中的杂质经过离化作用电离成离子,用于离化的物质可以是固体,也可以是气体,与此相对应的就有固体离子源、气体离子源及固体/气体离子源。固体离子源主要用在产生金属离子的场合,不如气体离子源使用普遍。

   气体离子源使用较普遍。离子源首先要将含有注人物质的气体送入系统。在硅工艺中常用的气体有BF3、AsH3和PH3,而GaAs工艺中常用的气体是⒏H4和H2。大多数采用气态源的注入机通过打开相应的阀门可以选择几种不同气体中的任意一种。气流量由一个可变的节流孔控制。如果所需注入的杂质种类不能由气体形式提供,可将含该物质的固体材料加热,用其产生的蒸气作为杂质源。

使用气体源的优点是源供应简便,调节容易,但大多数气体源都有毒,易燃易爆,使用时必须注意安全。气体流人一个放电腔室,该腔室将进来的气体分解成各种原子或分子并使其中一部分电离。在最简单的此类系统中,进气流过一个节流孔进人低气压的源室,源室内的气体从热灯丝和金属极板之间流过。相对于金属极板而言,灯丝维持在一个大的负电位。电子从热灯丝发射出来,向着极板加速运动,同时与气体分子碰撞并传递部分能量。当传递的能量足够大时,气体分子被分解。例如,BF3分解为数量不同的B、Bi、BF2+、F+及各种其他物质。也有可能产生负离子,但数量比较少。为了提高电离效率,通常在电子流的区域加一磁场,使电子螺旋运动,极大地提高了电离概率。源室的出口外侧加有比灯丝负很多的电位,使正离子被吸往源室的出口方向,并经过一个狭缝离开源室。结果是得到通常为几毫米宽、1~2cm长的离子束。

   为了获得所需要的高质量的离子束并稳定可靠地I作,要求离子源能产生多种元素的离子,有适当的离子束流强度,结构简单,束流调节方便,稳定性、重复性好,能较长时间使用,引出的束流品质(如离子束的分散度、离子能量的分散度、引出束中所需要离子的含量等)要好。