Jusqu'a la fin des années 60 les matériels éléctroniques étaient constitués de composants "discrets" (transistors, résistances , capacités, selfs etc) reliés entre eux par des circuits imprimés eux mêmes interconnectés par des connecteurs et des câbles. Cette technique était encombrante, chère en matériel et en main d'oeuvre, et relativement peu fiable à cause de la multiplication des contacts.

L'idée de base du Circuit Intégré (CI) est de réunir sur un seul morceau de semi conducteur un grand nombre de fonctions logiques. Le CI est inventé par Jack Kilby chez Texas en 1958, (ce qui lui vaudra le prix Nobel en 2000) avec du germanium. Il est considérablement amélioré par Robert Noyce chez Fairchild un an plus tard, en mettant à profit les caractéristiques métallurgiques du silicium (procédé "planar" qui permet de réaliser les CI uniquement par des opérations de surface). Robert Noyce sera plus tard le fondateur d'Intel.
Cette invention a radicalement changé la donne en apportant des améliorations énormes en termes de densité, de fiabilité, de prix et de performances.

Le méthode de fabrication des CI consiste à réaliser un grand nombre (jusqu'a plusieurs dizaines) d'opérations successives sur une tranche de silicium. (Pour en savoir plus sur la façon dont est obtenue cette tranche, cliquer ici). Ces diverses opérations sont essentiellement des implantations d'ions pour doper le silicium afin de réaliser les transistors, les résistances et les caissons isolés les uns des autres par des jonctions np bloquées, des oxydations pour isoler les couches (l'oxyde de silicium SiO₂ est isolant), des métallisations pour réaliser des liaisons etc. Ces opérations de gravure se font avec un rayonnement électromagnétique qui agit à travers des "masques" analogues à des pochoirs.

Pour obtenir une grande densité les difficultés sont de tous ordres :

• Les masques doivent être réalisés avec une extrême précision et ne doivent pas bouger dans le temps
• Ils doivent être parfaitement alignés dans les opérations successives
• Le rayonnement lumineux utilisé initialement a une longueur d'onde (entre 400 et 800 nm) bien supérieure à la précision demandée aujourd'hui (de l'ordre de 5 nm). Il a donc fallu passer aux ultraviolets, puis aux rayons X, puis au rayonnement électronique ("electron beam").
• La propreté des salles doit être extrême
• Les usines doivent être exemptes de toute vibration (loin des routes des chemins de fer, des aérodromes... et des zônes sismiques)
• L'investissement pour réaliser une ligne de production de CI se compte en milliards de dollars.

Il a fallu un certain temps à cette technologie pour s'imposer aux constructeurs d’équipements électroniques dont elle modifiait du tout au tout les méthodes de travail et auxquels elle retirait une partie de leurs compétences au profit des fabricants de semi conducteurs. L'essor prodigieux des circuits intégrés date de 1971 qui vit le 1^er chip mémoire MOS de 1 kb (le 1103) et le 1^er microprocesseur, le 4004 qui comptait 2300 transistors. Depuis le progrès ne s'est pas ralenti, à raison d'un gain de 4 environ tous les 3 ans comme le montre le graphique ci-dessus.
L'augmentation de la capacité des puces est principalement due à l'amélioration de la finesse de la gravure, caractérisée par la largeur de la grille des transistors, passée en 40 ans de 10 microns à 0,03 microns (30 nm).

La taille des chips, passée dans le même laps de temps de quelques millimètres à 2 centimètres de coté, y a également participé. Cette augmentation de taille n'a été rendue possible que par une réduction drastique du nombre de défauts. Dans le même temps la taille des wafers passait de 3 à 16 pouces (de 75 à 400 millimètres).