イオン注入（Ion Implantation）は、不純物元素（ドーパント）をイオン化してウェハに高エネルギーで照射し、シリコン結晶内の特定の深さにドーパントを導入するプロセスです。PN接合形成、ソース・ドレイン拡散層形成、ウェル形成、閾値電圧（Vth）調整など、MOSFETの電気特性を決定する最重要工程の一つです。
イオン注入装置は、ドーパント元素を含むガス（BF₃、PH₃、AsH₃など）を電離させてイオン化し、質量分析磁石で目的のイオンを選別した後、加速電極で数keV〜数MeVに加速してウェハに照射します。イオンのエネルギー（=注入深さ）とドーズ量（照射量：atoms/cm²）を独立に精密制御できることがイオン注入の最大の利点で、熱拡散法よりはるかに高精度です。
主なドーパントはP型のボロン（B、BF₂⁺）、N型のリン（P）・ヒ素（As）・アンチモン（Sb）です。注入エネルギーによって注入深さ（Rp：平均射程）が決まり、ドーズ量が最終的なドーパント濃度を決定します。注入後にはアニール処理によって結晶ダメージを回復させ、ドーパントを電気的活性位置（置換位置）に配置します。
先端ロジック（3〜5nm）では、浅接合形成（Junction Depth<10nm）に極低エネルギー注入（<1keV）が必要です。また、FinFET・GAAの3D構造では、フィン側壁へのイオン注入角度制御（チルト注入）や、プラズマドーピング（PLAD）・原子層ドーピング（ALD型）などの新技術が採用されています。
主要装置メーカーはAxcelis Technologies（NovaStar、Purion系）が世界最大シェアを持ち、Applied Materials（VIISta系）、Sumitomo Heavy Industries（住友重機械）、日新電機（SEN）などが続きます。注入精度の向上（角度偏差・ドーズ均一性）、スループット改善、極低エネルギー領域への対応が各社の技術競争軸です。