離子注入機是高壓小型加速器中的一種，應(yīng)用數(shù)量最多。它是由離子源得到所需要的離子，經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流，用做半導(dǎo)體材料、大規(guī)模集成電路和器件的離子注入，還用于金屬材料表面改性和制膜等。

離子注入機由5部分組成：離子源、離子引出和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)、工藝腔。離子源離子注入機利用離子源中燈絲產(chǎn)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(zhì)源如果是氣態(tài)，便可以直接引入到離子源的電場中，如果是固態(tài)，則還需加熱蒸發(fā)，變?yōu)闅庀嗪笠氲竭@個電場中。氣相的雜質(zhì)源在電場中被電離后變成為離子(即帶電的原子或分子)。離子引出和質(zhì)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(zhì)源氣體分子會產(chǎn)生多種離子，比如三氟化硼氣體源，在離子源中會形成離子，每種離子的質(zhì)荷比不同，在通過質(zhì)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(zhì)量分析器可以將所需要的雜質(zhì)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(zhì)量分析器出來后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(zhì)隔離的電極組成，電極上的負電壓依次增大。當(dāng)正離子進入到加速管后，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(tǒng)離子注入機的掃描系統(tǒng)構(gòu)成了離子束與硅片之間的相對運動，為了使硅片上的雜質(zhì)呈均勻分布，避免離子長時間的轟擊局部一點過熱，造成不可恢復(fù)的損傷，硅片的離子注入都采用掃描方式。有兩種基本的掃描方式：機械式掃描和電磁式掃描。機械式掃描采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(zhuǎn)實現(xiàn)掃描。也有的注入機采用混合方式，即機械和電磁兩種方式相結(jié)合。工藝腔工藝腔包括放置硅片的靶盤、掃描系統(tǒng)、帶真空鎖的硅片裝卸終端臺、硅片傳輸系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)。

離子注入機由離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據(jù)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(tài)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(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當(dāng)外來電子的能量高于原子的電離電位時，通過碰撞使元素發(fā)生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現(xiàn)正電子和二次電子。正離子進入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過加速器獲得較高能量，由四級透鏡聚焦后進入靶室，進行離子注入。

離子注入機是集成電路制造前工序中的關(guān)鍵設(shè)備，離子注入是對半導(dǎo)體表面附近區(qū)域進行摻雜的技術(shù)，其目的是改變半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類型。離子注入與常規(guī)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(guī)工藝的限制，提高了電路的集成度、開啟速度、成品率和壽命，降低了成本和功耗。離子注入機廣泛用于摻雜工藝，可以滿足淺結(jié)、低溫和精確控制等要求，已成為集成電路制造工藝中必不可少的關(guān)鍵裝備。