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出典検索?: "集積回路" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL（2018年9月）
集積回路の例（写真中央の黒色の正方形が集積回路のパッケージの外観）集積回路のダイ（回路を形成した半導体ウェハを四角く切り出したもの）。通常はパッケージに封入されていて見えない。これは555 タイマーICのもの。

集積回路（しゅうせきかいろ、英: integrated circuit, IC）は、半導体の表面に、微細かつ複雑な電子回路を形成した上でパッケージに封入した電子部品である。

集積回路は、シリコン単結晶などに代表される「半導体チップ」[注釈 1]の表面に、不純物を拡散させることによって、トランジスタ・コンデンサ・抵抗器として動作する構造を形成したり、アルミ蒸着とエッチングによって配線を形成したりすることにより電子回路が作り込まれている電子部品である[注釈 2]。

多くの場合、複数の端子を持つ比較的小型の[注釈 3]パッケージに封入されており、パッケージ内部で端子からチップに配線され、モールドされた状態で出荷され、半導体部品（電子部品）として流通している。

1940年代末のトランジスタの発明に次いで1950年代に考案され、製造技術、微細化技術の進歩により内蔵される部品数がムーアの法則で増え続け、性能が向上し続けている。（→#歴史）

製造工程はフォトリソグラフィという光学技術を利用し、微細な素子や配線をひとつずつ組み立てることなく大量生産できるため（→#製造工程）、現在のコンピュータや電子機器を支える主要な技術の一つとなっている。
歴史
集積回路の誕生

実際に集積回路を考案したのは、レーダー科学者ジェフリー・ダマー（1909年生まれ）であった。彼はイギリス国防省の王立レーダー施設で働き、1952年5月7日ワシントンD.C.でそのアイデアを公表した。しかし、ダマーは1956年、そのような回路を作ることに失敗した。各企業は集積回路の実現を目指して、RCAのマイクロモジュール、ウェスティングハウス・エレクトリックのモレキュラーエレクトロニクス、テキサス・インスツルメンツのソリッドステートサーキットが開発された[1]。

初期の集積回路の概念は、モノリシックICというより後のハイブリッドICに近いもので、この概念にしたがって、基板に真空蒸着で抵抗素子やコンデンサを形成してトランジスタと組み合わせる薄膜集積回路や、現在のプリンテッドエレクトロニクスに相当する印刷技術により抵抗や配線、コンデンサなどを1枚のセラミック基板上に集積した厚膜集積回路が開発されていった[1]。

また、1958年にはウェスティングハウスから「Molectronics」という名称の集積回路の概念が発表され[2]、1960年2月にSemiconductor Product誌に掲載された記事に触発されて、電気試験所でも同年12月に、見方次第ではマルチチップ構造のハイブリッドICともいえる、ゲルマニウムのペレット3個を約1cm角の樹脂容器に平行に配列した集積回路の試作に成功した[3][4]。

1961年2月には、ウェスティングハウスと技術提携した三菱電機から、11種類のモレクトロンが発表された[1]。日本で最初のモノリシック集積回路は、東京大学と日本電気 (NEC) の共同開発とされる[5]。

著名な集積回路の特許は、アメリカ合衆国の別々の2つの企業の、2人の研究者による異なった発明にそれぞれ発行された。テキサス・インスツルメンツのジャック・キルビーの特許「Miniaturized electronic circuits」は1959年2月に出願され、1964年6月に特許となった (アメリカ合衆国特許第 3,138,743号)。フェアチャイルドセミコンダクターのロバート・ノイスの特許「Semiconductor device-and-lead structure」は1959年7月に出願され、1961年4月に特許となった（アメリカ合衆国特許第 2,981,877号）。しかし、「キルビー特許紛争」などと呼ばれるように（ちなみに「キルビー特許」に対し、ノイスの特許は「プレーナー特許」と呼ばれることがある）多くの議論を発生させることとなった。

技術的な内容とはほぼ無関係に、業界の権益争いとして、特許優先権委員会においてどちらの特許が「集積回路の特許として有効であるか」を、法的に認定させる争いが勃発した（技術的な判断が目的なのではなく、あくまで「法的にどちらが有効か」を認めさせることが目的である）。キルビーの特許出願から10年10か月を経て決着し、ノイスの勝利が確定した。しかし、そのような法的勝利は、実際にはほとんど意味がなかった。

ライセンスビジネス的には、1966年にテキサス・インスツルメンツとフェアチャイルドセミコンダクターを含む十数社のエレクトロニクス企業が、集積回路のライセンス供与について合意に達していたからであり、技術と法律とビジネスというものについて、教訓的な事例となっている。またさらに日本では、20年の紆余曲折を経て1989年に特許となったことで、莫大な額の請求等を伴う紛争となり「サブマリン特許制度」のタチの悪さを際立たせるという役割を担う結果となった。

キルビーとノイスは後に、ともにアメリカ国家技術賞を受け、全米発明家殿堂入りをした。
SSI・MSI・LSI

SSI, MSI, LSI というのは、集積する素子の数によってICを分類定義[6]したものである。「MSI IC」のようにも言うものであるが、今日ではほぼ使われない。比較的小規模のものを単にIC、比較的大規模のものを単にLSIとしているが、現在ではICとLSIを同義語として使うことも多い。

初期の集積回路はごくわずかなトランジスタを集積したものであった。これをSSI (Small Scale Integration) とするのであるが、後にMSI (Middle Scale Integration) やLSI (Large Scale Integration) という語と同時に作られたと思われる、おそらくレトロニムであろう。航空宇宙分野のプロジェクトで珍重され、それによって発展した。ミニットマンミサイルとアポロ計画は慣性航法用計算機として軽量のデジタルコンピュータを必要としていた。アポロ誘導コンピュータは集積回路技術を進化させるのに寄与し、ミニットマンミサイルは量産化技術の向上に寄与した。これらの計画が1960年から1963年まで生産されたICをほぼ全て買い取った。これにより製造技術が向上したために製品価格が40分の1になり、それ以外の需要が生まれてくることになった。

民生品として大量のICの需要を発生させたのは電卓だった。コンピュータ（メインフレーム）でのICの採用は、System/360では単体のトランジスタをモジュールに集積したハイブリッド集積回路（IBMはSLTと呼んだ）にとどまり、モノリシック集積回路の採用はSystem/370からであった。

1960年代に最初の製品があらわれた汎用ロジックICは、やがて多品種が大量に作られるようになり、コンピュータのようにそれらを大量に使用する製品や、あるいは家電など大量生産される機器にも使われるようになっていった。1970年代にはマイクロプロセッサが現れた。

集積度の高いMSIやLSIが普通に生産されるようになると、そのうちそのような分類も曖昧になって、マイクロプロセッサなど比較的複雑なものをLSI、汎用ロジックICなど比較的単純なものをIC、と大雑把に呼び分ける程度の分類となった。
VLSI

もとの分類ではLSIに全て入るわけだが、1980年代に開発され始めたより大規模な集積回路をVLSI (Very Large Scale Integration) とするようになった。これにより、これまでの多数のICで作られていたコンピュータに匹敵する規模のマイクロプロセッサが製作されるようになった。1986年、最初の1MbitRAMが登場した。これは100万トランジスタを集積したものである。1993年の最初のPentiumには約310万個のトランジスタが集積されている。また、設計のルール化はそれ以前と比較して設計を容易にした。

また、カーバー・ミードとリン・コンウェイの『超LSIシステム入門』[7]によりVLSIにマッチした設計手法が提案された。これはMead & Conway revolution（en:Mead & Conway revolution）と呼ばれることもあるなどの影響をもたらした。たとえば、1950年代には、大学で最先端のコンピュータを実際に建造するなどといったこともさかんだったわけであるが、1970年頃以降にはコストの点で現実的ではなくなっていた。それが、CAD等の助けによりパターンを設計してチップ化する、という手法で、大学などでも最先端の実際の研究がまた可能になった、といった変化を齎したのが一例である。たとえば初期のRISCとして、IBM 801、バークレイRISC（SPARCへの影響が大きい）、スタンフォード系のMIPSがまず挙がるが、後者2つにはその影響がある。
ULSI

VLSIに続いて、新たに ULSI (Ultra-Large Scale Integration) という語も作られ、集積される素子数が100万以上とも1000万以上ともされているが、そのような集積度の集積回路も、今日普通はVLSIとしている。
WSI

WSI (Wafer-Scale Integration) は、複数のコンピュータ・システム等の全体をウェハー上に作り込み、個別のダイに切り離さずにウェハーの大きさのままで使用するという構想である[注釈 4]。現状では、1品もので、コストが非常に高額であっても良いというような特殊な用途・特殊な要求に基づき生産するような装置で採用されている。たとえば、人工衛星や天体観測望遠鏡の光学受像素子では、つなぎ合わせて作ると歪みや隙間が生ずるので、1枚のウェハーの全面を使用した物が作られている。
SoC

System-on-a-chip (SoC) は、従来別々のダイで構成されていたものを統合することで、独立して動作するシステム全体をひとつの集積回路上に実現するものである。例えば、マイクロプロセッサとメモリ、周辺機器インターフェースなどを1つのチップに集積するものである。
固体撮像素子

集積回路技術の進歩の一例であるが、以前は撮像管などと呼ばれる真空管だった、映像を撮影する撮像素子も、電荷結合素子 (CCD) の技術開発が進み、固体撮像素子としてCCDイメージセンサが作られ、家庭用ビデオカメラの大幅な小型化などにまず貢献した。続いてCMOSイメージセンサも作られた。やがて静止写真用にも十分な解像度を持つようになり、デジタルカメラが銀塩カメラを一掃した。
伸縮・折り畳み可能なシリコン集積回路

このシステムは、単結晶硅素の無機の整列アレイを含む無機電子材料と、極薄のプラスチックやエラストマー基板を統合している。[8]
回路設計「集積回路設計」を参照
製造工程

半導体製造は、ウェハー上に回路を形成する前工程と、そこで作られたウェハーをダイに切断し、パッケージに搭載した後に最終検査を行う後工程に大きく二分される。なお、これらの工程は一般に複数の工程専門企業がそれぞれの工場で順次行っていくものである。1社ですべての工程を行うケースはほぼなく、あったとしても非常に稀である。

一般的には、設計・ウェハー製造・表面処理・回路形成・ダイシング・基材製造・ボンディングの各工程に専業企業が存在し、デザイン・ウェハー切り出し・アンダーフィリング・検査が前記から分かれて専業化している場合、加えて各工程で使用される材料・加工にも専業メーカーが存在する。一つの集積回路パッケージが出来上がるまでに関わるメーカーの数は少なくとも5、多いときには30社とも言われる。
ウェハー製造

集積回路の母材となるウェハーの原材料は、半導体の性質を持つ物質である。一般的な集積回路ではそのほとんどがシリコンであるが、高周波回路では超高速スイッチングが可能なヒ化ガリウム、低電圧で高速な回路を作りやすいゲルマニウムも利用される。

集積回路の歩留まりとコストは、ウェハーの原材料である単結晶インゴットの純度の高さと結晶欠陥の数、そして直径に大きく左右される。2007年末現在のウェハーの直径は300 mmに達する。インゴットのサイズを引き上げるには、従来の技術だけでは欠陥を低くすることが難しく、多くのメーカーが揃って壁に突き当たった時期があった。シリコン単結晶引き上げ装置のるつぼを超伝導磁石で囲みこみ、溶融したシリコンの対流を強力な磁場で止めることで欠陥の少ない単結晶が製造可能になった。
前工程前工程によって回路が出来上がったウェハー。

前工程は、設計者によって作られた回路のレイアウトに従ってウェハー上に集積回路を作り込む工程である。光学技術、精密加工技術、真空技術、統計工学、プラズマ工学、無人化技術、微細繊維工学、高分子化学、コンピュータ・プログラミング、環境工学など多岐にわたる技術によって構成される。
表面処理

集積回路は半導体表面に各種表面処理を複数実施して製造される。まずウェハーにはイオン注入によってドープ物質を打ち込み、不純物濃度を高める措置が行われる（最初に作られるこの層がゲートなどの集積回路の中枢となる）。さらにSOIではウェハーに絶縁層を焼きこむか張り合わせることで漏れ電流を押さえ込む処置が行われる。