扩散是物质的基本性质，描述了分子、原子或离子从较高浓度（或高化学势）区域到较低浓度（或低化学势）区域的净移动。扩散由扩散物质的化学势梯度驱动。扩散分为3种，即气态扩散、液态扩散和固态扩散，本质是分子、原子或离子的布朗运动。扩散工艺的目的在于使待扩散的杂质与半导体材料接触，在一定的温度和时间下保证扩散的发生，最终结果是对半导体材料进行掺杂，以提高半导体材料的导电性。

以硅为例，硅中固态杂质的热扩散需要3步：预淀积、推进和激活。①预淀积，在炉温800～1100℃，硅片被送入高温扩散炉，时间10～30分钟。在该过程中，杂质仅进入硅片中很薄的一层，表面杂质浓度恒定且最高，并随着深度的增大而减小。预淀积为整个扩散建立浓度梯度。②推进，在1000～1250℃高温下，淀积的杂质穿过硅晶体，在硅片中形成期望的结深。该过程并不向硅片中增加杂质。③激活，在温度稍高的条件下，杂质原子与晶格中的硅原子键合。该过程激活杂质原子，改变硅的电导率。

用扩散率表示杂质在硅片中的移动速度，扩散率越高，杂质移动越快。扩散率随着温度升高而增大，且不同的杂质具有不同的扩散系数。扩散机制有间隙式扩散和替代式扩散。①间隙式扩散，指扩散原子利用间隙运动在硅晶格空隙中移动，通常是具有高扩散率的杂质，如金、铜和镍。②替代式扩散，指扩散原子通过替代运动填充晶格中的原子来移动，移动速度较慢，如砷和磷。

在一定温度下，硅能够吸收的杂质数量是一定的，称为固溶度极限。每种确定的杂质都具有一个固溶度极限。因为扩散的杂质只有一部分被真正激活，并提供用于导电的电子或空穴（3%～5%），大多数杂质仍处于间隙位置，没有被电学激活。

由于光刻胶无法承受高温，扩散的掩模都是二氧化硅或氮化硅，当原子扩散到硅片，它们向各个方向运动：内部、横向和离开硅片。如果杂质原子沿硅片表面方向迁移，就发生横向扩散。横向扩散会导致沟道长度的减小，影响器件的集成度和性能。