离子注入是一个物理过程，不发生化学反应。其最主要的用途是掺杂半导体材料，比如硅。本征硅的导电性能很差，只有当硅中加入少量杂质，使其结构和电导率发生改变时，硅才成为一种有用的半导体。

离子注入在离子注入机内进行。注入机包含离子源，从源材料中产生带正电的杂质离子，离子被吸出，用质量分析仪将它们分开以形成需要掺杂离子的束流。束流中离子的数量与希望引入硅片的杂质浓度有关。离子束在电场中加速，获得很高的速度，使离子有足够的动能注入硅片的晶格结构中。束流扫描整个硅片，使硅片表面均匀掺杂。注入后的热退火将激活晶格结构中的杂质离子。注入工艺在高真空下进行。

注入参数主要包括剂量、射程和投影射程。

剂量，即单位面积硅片表面注入的离子数，单位是原子每平方厘米。

射程，即在离子注入过程中，离子穿入硅片的总距离。当离子由于电势差加速时，它们就获得了能量。离子是运动的，所以它们的能量是动能，单位是焦耳。注入机的能量越高，意味着杂质原子能穿入硅片的深度越深，射程越大。

投影射程，即注入离子在硅片中穿行的垂直距离。注入离子在穿行硅片的过程中与硅原子发生碰撞，导致能量损失，并最终停止在某一深度。

离子注入机包含4个部分：

①离子源。待注入离子必须以带电粒子或离子束的形式存在，由于离子本身带电，因此能够被电磁场控制和加速。离子束由杂质气态源构成，最常用的杂质源物质有乙硼烷（B₂H₆）、三氟化硼（BF₃）、磷化氢（PH₃）和砷化氢（AsH₃）等气体。气体用氢气稀释，以减小气体泄漏的危险。离子通过电子轰击气体原子产生，电子由热钨丝源产生，电子轰击使气体分子分裂为不同种类的离子。

②吸极和离子分析器。收集离子源中产生的所有正离子，并使它们形成离子束。离子束中的不同离子有着不同的原子质量单位。分析器用于将需要的杂质离子从注入机中的混合磁性离子束中分离出来。

③加速管。目的是使离子获得更高的速度（或能量），正离子在加速管中的电场中进行加速，电压越高，离子的速度（或能量）越大。高能量意味着杂质离子能够被注入硅片更深处，而低能量可以被用于超浅结注入。剂量直接与硅片中杂质的浓度有关。

④扫描系统。注入机中离子束仅包含具有预定能级的希望得到的杂质离子，而聚束离子束通常很小，必须通过扫描覆盖整个硅片。

离子注入工艺的优点是可以精确控制注入的杂质含量、离子穿透深度以及离子均匀性，还有就是注入温度比扩散工艺低，允许使用不同的光刻掩模，注入杂质含量不受硅片的固溶度限制。其主要缺点，一是高能离子束可能会对硅片产生损伤，但大多数损伤都可以在后续的高温退火中修复；另一是注入设备的复杂性限制了其应用。