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芯片制造最基本的前提就是半导体掺杂，半导体掺杂是集成电路生产过程中的关键工艺步骤。在半导体生产过程中，硅被用作晶圆的衬底材料，其导电性很差。只有加入少量的杂质改变其结构和导电性，硅才成为有用的半导体。
这种向硅片中添加杂质的过程称为掺杂。在晶圆加工过程中，向硅片中引入杂质元素有两种方式，分别是热扩散和离子注入。
扩散方法由于需要长时间处理，并且很难再特定区域形成n或p区域，如图1所示，扩散过程处于热力学平衡状态，能量为热能（~eV）且随机（各向同性）。因此，很多制造商都是采用离子注入法实现，如图2所示。离子注入顾名思义就是将作为杂质的原子进行离子化，再用足够的加速能量，将其注入到硅晶体中。
图1 扩散方法
图2 离子注入方法
离子注入本质上是一种物理轰击的过程，就是将带有一定能量的带电离子掺杂到硅中，这种高能离子轰击硅晶片，将掺杂原子注入硅衬底，该工艺不可避免地会导致晶体损坏。因此，离子注入后，需要对衬底进行热处理。这是因为硅衬底被离子轰击损坏，需要进行“退火”，这是一种恢复其晶体结构的热处理，以便进行晶格恢复。
这种热处理和离子注入一般是捆绑在一起的，就像前面学习的清洗后要干燥一样。
图3 离子注入硅衬底的路径示意图
当掺杂离子撞击衬底表面时，它会渗透到衬底晶体基质中，深度与其能量和入射角成正比。它不是以线性方式穿透衬底，而是“摇摇晃晃”的路径穿过晶体，因为它的方向因与衬底原子的碰撞而分散（如图3所示）。
图4 离子注入机示意图
离子注入主要用于：源极/漏极离子注入、Well离子注入、Pocket离子注入、Field离子注入等。也就是我们之前这篇文章《芯片制造里的前端工艺和后端工艺》所说的前端工艺。他主要就是在图5这个阶段注入。
图5 在Si衬底上制造的CMOS晶体管的横截面图
对于星友，我们在知识星球学习了《N型和P型衬底有什么区别》，那我们看图5一定要知道哪部分是NMOS,哪部分是PMOS，采用的是什么衬底？采用这种衬底有什么好处。
