离子注入是一种低温过程，通过该过程将一种元素的离子加速进入固体靶材，从而改变靶材的物理、化学或电学性质。离子注入用于半导体器件制造和金属精加工以及材料科学研究。如果离子停止并保留在目标中，则它们可以改变目标的元素成分（如果离子的成分与目标不同）。当离子以高能量撞击目标时，离子注入还会引起化学和物理变化。高能碰撞级联可能会损坏甚至破坏目标的晶体结构，并且足够高能量（数十兆电子伏）的离子可以引起核嬗变。
在制造晶圆时，离子注入工艺中经常使用砷化氢和磷化氢等有毒材料。其他常见的致癌、腐蚀性、易燃或有毒元素包括锑、砷、磷和硼。半导体制造设施高度自动化，但在维修过程中和真空泵硬件中可能会遇到机器中残留的有害元素。
高电压和粒子加速器
离子注入所需的离子加速器中使用的高压电源可能会造成电击伤害的风险。此外，高能原子碰撞可以产生 X 射线，在某些情况下还可以产生其他电离辐射和放射性核素。除了高压之外，射频线性粒子加速器和激光尾场等离子体加速器等粒子加速器还存在其他危险。
所有种类的离子注入光束线设计都包含通用的功能组件组。离子光束线的第一个主要部分包括用于生成离子种类的离子源。离子源与偏置电极紧密耦合，用于将离子提取到光束线中，并且通常与选择特定离子种类以传输到主加速器部分的一些装置紧密耦合。
离子源通常由高熔点材料制成，例如钨、掺杂氧化镧的钨、钼和钽。通常在离子源内部，在两个钨电极（称为反射器）之间产生等离子体，使用通常基于氟的气体，其中包含要注入的离子（无论是锗、硼还是硅），例如三氟化硼、 二氟化硼、五氟化锗或五氟化硅。砷化氢气体或磷化氢气体可用于离子源中，分别提供砷或磷用于注入。离子源还具有间接加热阴极。或者，加热阴极可用作反射器之一，从而消除了对专用反射器的需要，或使用直接加热阴极。
氧气或氧化物气体（如二氧化碳）也可用于碳等离子。可将氢气或氢气与氙气、氪气或氩气一起添加到等离子体中，以延缓由于卤素循环而导致的钨成分降解。 氢气可以来自高压气缸或使用电解的氢气发生器。离子源两端的排斥器不断将原子从离子源的一端移动到另一端，类似于两个指向彼此的镜子不断反射光线。
离子由离子源外部的提取电极通过源中的狭缝形孔从源中提取出来， 然后离子束穿过分析磁铁以选择要注入的离子，然后穿过一个或两个线性加速器（直线加速器）， 在离子到达工艺室中的晶圆之前对其进行加速。在中等电流离子注入机中，工艺室前还有一个中性离子阱，用于从离子束中去除中性离子。
一些掺杂剂（如铝）通常不以气体形式提供给离子源，而是以氯或碘为基础的固体化合物形式提供给离子源，这些化合物在附近的坩埚中蒸发，如碘化铝或氯化铝，或作为离子源内部的固体溅射靶，由氧化铝或氮化铝制成。注入锑通常需要使用连接到离子源的蒸发器，其中三氟化锑、三氧化锑或固体锑在坩埚中蒸发，并使用载气将蒸气输送到相邻的离子源，尽管它也可以从含氟气体（如六氟化锑）中注入，或从液态五氟化锑蒸发。镓、硒和铟通常从固体源注入，例如二氧化硒，尽管它也可以从硒化氢中注入。坩埚通常可以使用 60-100 小时，并防止离子注入机在不到 20-30 分钟的时间内更改配方或工艺参数。离子源通常可以使用 300 小时。
“质量”选择（就像质谱仪一样）通常伴随着提取的离子束通过磁场区域，其出口路径受到阻挡孔或“狭缝”的限制，这些阻挡孔或“狭缝”仅允许具有特定质量和速度/电荷乘积值的离子继续沿光束线前进。如果目标表面大于离子束直径，并且希望在目标表面上均匀分布植入剂量，则使用光束扫描和晶片运动的某种组合。最后，植入表面与某种用于收集植入离子累积电荷的方法相结合，以便可以连续测量输送的剂量，并在所需剂量水平停止植入过程。
离子注入机主要厂家
Axcelis Technologies, Inc. 是一家美国公司，致力于为全球半导体制造业提供资本设备的设计、制造和服务。它生产离子注入系统，包括高、中电流注入机和高能注入机，以及用于半导体芯片制造的固化系统。该公司成立于1995年，总部位于美国马萨诸塞州贝弗利。
ULVAC 是一家日本跨国公司，专门生产真空设备及相关产品，总部位于日本神奈川县茅崎市。
AMAT-Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. 是一家用于制造半导体芯片的离子注入设备的供应商。瓦里安半导体于 1971 年在马萨诸塞州皮博迪市成立，当时名为 Extrion Corporation。 Extrion 后来搬到附近的马萨诸塞州格洛斯特，并于 1975 年被 Varian Associates 收购。1999 年从 Varian Associates 分拆出来。
应用材料公司于2011年5月宣布收购瓦里安半导体公司。
CoorsTek, Inc.
CoorsTek, Inc. 成立于 1910 年，是一家家族经营的技术陶瓷材料配方制造商，其产品包括髋臼衬垫、挡板室、动力碳刷、焦平面阵列组件以及用于运输、食品和饮料行业的精密固定量规等。饮料、电子、化学品和半导体行业。公司位于美国科罗拉多州戈尔登，拥有研发、定制制造和设计辅助能力。该公司的首席信息官 Matt Mehlbrech 荣获 2023 年科罗拉多州 ORDIE 年度首席信息官奖。
Entegris
Entegris Inc. 成立于 1966 年，总部位于马萨诸塞州比勒里卡，是一家为生命科学、半导体和其他科技行业提供先进材料和工艺解决方案的供应商。其部分产品和解决方案包括逻辑、存储器和半导体设备制造商使用的特种化学品、气体输送系统和过滤器。超过 65% 的工厂已通过 ISO 14001 和 ISO 45001 认证，其股票在纳斯达克上市，交易代码为 ENTG。这家通过 ISO 9001 认证的公司拥有 4,400 项有效专利，并提供多种服务，包括分析、现场支持和翻新服务。
Michigan Ion Beam Laboratory
密歇根离子束实验室成立于 1986 年，位于美国密歇根州安娜堡，是一家生产各种用途离子束的制造商。这家基于实验室的公司专注于先进的离子束技术，并提供广泛的服务，包括离子注入、离子束分析和离子束光刻。它为广泛的行业提供最优质的离子束服务，先进的离子束技术提供精确的材料改性、分析和研究能力，帮助半导体制造、材料科学、核物理等行业实现突破。
Phoenix. Phoenix, LLC
Phoenix, LLC 成立于 2005 年，总部位于美国威斯康星州麦迪逊，是一家中子发生器技术和产品制造商。该公司生产全系列中子发生器，包括适用于各种应用的紧凑型和便携式设备。其产品符合 ISO 9001 精度、稳定性和安全性认证标准。其中子发生器技术有许多应用，包括核研究、无损检测和石油测井。这些发生器为航空航天、国防、无损检测、辐射效应测试和束流时间等众多行业提供受控中子源，从而促进科学进步和工业流程。
Finisar
Finisar Corporation 是一家光通信组件和子系统制造商。该公司成立于 1987 年 4 月，位于加利福尼亚州桑尼维尔。该公司是一家全球光通信科技公司。其产品可为网络、存储、无线和有线电视应用提供高速语音、视频和数据通信。该公司创建了光学技术解决方案，并为系统制造商提供网络带宽的批量生产。该公司开发了一条主要用于电信的产品线，采用 EY 放大技术，包括掺铒光纤放大、拉曼放大和动态混合放大。
IBS
IBS（Ion Beam Services）成立于1987年，总部位于法国佩尼尔，是一家离子注入产品和设备制造商。该公司专业生产用于半导体制造的离子注入系统、源柜、离子束源和备件。它保持最佳质量标准，其产品通过了 ISO 9001:2015 精度和刚性认证。其先进的离子注入解决方案（例如 Flexion 和 Pulsion）为半导体制造商提供了对注入工艺的增强控制，从而提高了器件性能并减少了缺陷。它服务于广泛的行业，包括半导体制造、研究和开发。
AIBT
Advanced Ion Beam Technology, Inc.
先进离子束科技股份有限公司（AIBT）于1999年在美国硅谷成立，并于2003年在新竹及台南科学园区设立营运总部及研发制造中心。
