離子注人機(jī)是一種特殊的粒子加速器,用來加速雜質(zhì)離子,使它們能穿透硅晶體到達(dá)幾微米的深度。離子注人系統(tǒng)可分為6個(gè)主要部分:離子源、磁分析器、 RB751V40加速器、掃描器、偏束板和靶室,另外還有真空排氣系統(tǒng)和電子控制器,離子注人機(jī)系統(tǒng)示意圖。

   離子源 它是產(chǎn)生注人離子的發(fā)生器。常用的離子源有高頻離子源、電子振蕩型離子源和濺射型離子源等。其作用是把引人離子源中的雜質(zhì)經(jīng)過離化作用電離成離子,用于離化的物質(zhì)可以是固體,也可以是氣體,與此相對(duì)應(yīng)的就有固體離子源、氣體離子源及固體/氣體離子源。固體離子源主要用在產(chǎn)生金屬離子的場(chǎng)合,不如氣體離子源使用普遍。

   氣體離子源使用較普遍。離子源首先要將含有注人物質(zhì)的氣體送入系統(tǒng)。在硅工藝中常用的氣體有BF3、AsH3和PH3,而GaAs工藝中常用的氣體是⒏H4和H2。大多數(shù)采用氣態(tài)源的注入機(jī)通過打開相應(yīng)的閥門可以選擇幾種不同氣體中的任意一種。氣流量由一個(gè)可變的節(jié)流孔控制。如果所需注入的雜質(zhì)種類不能由氣體形式提供,可將含該物質(zhì)的固體材料加熱,用其產(chǎn)生的蒸氣作為雜質(zhì)源。

使用氣體源的優(yōu)點(diǎn)是源供應(yīng)簡(jiǎn)便,調(diào)節(jié)容易,但大多數(shù)氣體源都有毒,易燃易爆,使用時(shí)必須注意安全。氣體流人一個(gè)放電腔室,該腔室將進(jìn)來的氣體分解成各種原子或分子并使其中一部分電離。在最簡(jiǎn)單的此類系統(tǒng)中,進(jìn)氣流過一個(gè)節(jié)流孔進(jìn)人低氣壓的源室,源室內(nèi)的氣體從熱燈絲和金屬極板之間流過。相對(duì)于金屬極板而言,燈絲維持在一個(gè)大的負(fù)電位。電子從熱燈絲發(fā)射出來,向著極板加速運(yùn)動(dòng),同時(shí)與氣體分子碰撞并傳遞部分能量。當(dāng)傳遞的能量足夠大時(shí),氣體分子被分解。例如,BF3分解為數(shù)量不同的B、Bi、BF2+、F+及各種其他物質(zhì)。也有可能產(chǎn)生負(fù)離子,但數(shù)量比較少。為了提高電離效率,通常在電子流的區(qū)域加一磁場(chǎng),使電子螺旋運(yùn)動(dòng),極大地提高了電離概率。源室的出口外側(cè)加有比燈絲負(fù)很多的電位,使正離子被吸往源室的出口方向,并經(jīng)過一個(gè)狹縫離開源室。結(jié)果是得到通常為幾毫米寬、1~2cm長(zhǎng)的離子束。

   為了獲得所需要的高質(zhì)量的離子束并穩(wěn)定可靠地I作,要求離子源能產(chǎn)生多種元素的離子,有適當(dāng)?shù)碾x子束流強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,束流調(diào)節(jié)方便,穩(wěn)定性、重復(fù)性好,能較長(zhǎng)時(shí)間使用,引出的束流品質(zhì)(如離子束的分散度、離子能量的分散度、引出束中所需要離子的含量等)要好。