Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden zu Beginn der 60er-Jahre die ersten integrierten Schaltungen (IC) vorgestellt. Wie aus der Bezeichnung hervorgeht, handelt es sich dabei um die Integration von vielen elektronischen Bauteilen zu einer Schaltung, die auf einem Trägermaterial in einem Fertigungsprozess hergestellt wird. Die Realisierung der Schaltungskomponenten erfolgt durch Halbleitermaterialien wie Silizium oder Gallium-Arsenid, bei denen in mehreren aufeinander folgenden Verfahren der Diffusion, Oxydation und Ätzung eine mehrschichtige Lagenstruktur gebildet wird. In den einzelnen Lagen befinden sich die aktiven Komponenten wie Transistoren und die passiven Komponenten wie Widerstände und Kapazitäten.

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Eine integrierte Schaltung am Beispiel der CPU 4004 von Intel aus dem Jahr 1969

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Komponenten erfolgen durch Leiterbahnen, die als dünner Metallfilm aufgedampft werden. Die integrierte Schaltung wird in ein Plastik- oder Keramikgehäuse eingebettet und ist dadurch vor Beschädigung geschützt. Die nach außen geführten Anschlusskontakte sind mit feinsten Kontaktdrähten mit dem eigentlichen Chip verbunden. Die nach außen hin sichtbare Größe des Chips ist ausschließlich durch die Kontaktierung bedingt und hat nichts mit der Größe der integrierten Schaltung zu tun.

Entwicklung der Integrationsdichte und der Strukturbreite

Die Entwicklung der integrierten Schaltungen ist durch die rasant steigende Funktionalität und bei Speicherbausteinen durch die Speicherkapazität geprägt. Sie ging einher mit der ständig steigenden Integrationsdichte, die durch die fortgesetzte Miniaturisierung der Bauteile und der Leiterbahnen realisiert werden konnte. Hatten in den 60er-Jahren die ersten Logikbausteine noch ca. 20 Logiken, so lag der Wert in den 70er-Jahren bereits bei über 10.000 Gatter pro Chip, in den 80er-Jahren bei bis zu 1 Million und Ende der 90er-Jahre bei bis zu 50.000.000 Transistoren pro Chip. Mit dem Power6 von IBM wurde 2007 eine CPU mit 790 Millionen Transistoren vorgestellt. Mit der steigenden Anzahl an Transistoren reduzierte sich gleichzeitig die Strukturbreite von 100 µm bis hin zu 65-nm-Technologie.

Durch die erhöhte Integrationsdichte war es möglich ganze Schaltungen mit Zentraleinheiten, Speichern, ROMs, RAMs, Controllern und I/O-Schaltungen auf einem Silizium-Die zu integrieren, was zu der Entwicklung der System-on-Chips (SoC) und später zu den Network-on-Chips (NoC) führte.

Bei den integrierten Schaltungen unterscheidet man zwischen analogen ICs und digitalen ICs sowie zwischen hybrider, monolithischer und der Multichip-Bauweise. Bei der Multichip-Bauweise, die bei analogen integrierten Schaltungen angewendet wird, besteht das IC aus mehreren Chips, die sich auf einem Substrat befinden und untereinander verbunden sind. Diese Varianten nennt man System-in-Chip, im Gegensatz zum System-on-Chip.