Đây là bƣớc xử lý đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất các phần tử MOS. Cấy ion là quy trình trong đó các ion của tạp chất đƣợc tăng tốc bởi một trƣờng điện tới một vận tốc cao và cƣ trú trong vật liệu bán dẫn. Độ sâu thâm nhập trung bình của các ion tạp chất biến đổi từ 0,1 tới 0,6 μm, phụ thuộc vào vận tốc và góc tại đó ion đập vào wafer. Quy trình cấy ion làm phá hủy cấu trúc mạng tinh thể của bán dẫn, để lại nhiều ion không tích cực về hoạt động điện. Vì vậy sau khi cấy ion, wafer bán dẫn sẽ trải qua quy trình tôi (annealing) trong đó nhiệt độ của wafer đƣợc tăng tới khoảng 800 oC để cho phép các ion di chuyển tới các vị trí tích cực về hoạt động điện trong mạng tinh thể bán dẫn.
Cấy ion có thể đƣợc sử dụng để thay thế cho quy trình khuếch tán bởi vì mục đích của cả hai quy trình đều là chèn tạp chất vào trong vật liệu bán dẫn. Cấy ion có một số ƣu
điểm so với khuếch tán nhiệt. Một ƣu điểm là điều khiển chính xác nồng độ tạp chất với độ chính xác trong dải ±5%. Vì thế cấy ion đƣợc sử dụng để điều chỉnh điện áp ngƣỡng của thiết bị MOS hoặc tạo các điện trở chính xác. Ƣu điểm thứ hai là cấy ion đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng. Ƣu điểm thứ ba là cấy ion có thể cấy qua một lớp mỏng, không yêu cầu làm sạch bề mặt wafer trƣớc khi cấy. Trong khi đó quy trình khuếch tán yêu cầu bề mặt wafer phải sạch, không có lớp ôxít silic (SiO2) hoặc silicon nitride (Si3N4). Cuối cùng, cấy ion cho phép kiểm soát profile của các tạp chất đƣợc cấy.