Olemme aikaisemmissa luvuissa oppineet, kuinka valmistetaan peruskomponentteja ja kuinka komponenttien kokoa on onnistuttu pienentämään yhä monimutkaisempien piirien valmistamiseksi samaan siruun.

Seuraavassa on vielä yleiskatsaus, joka valottaa 30 viime vuoden aikana tapahtunutta loistavaa kehitystä. Kuvissa esitetyt käyrät kuvaavat kehitystä noin vuoteen 2015 asti.

Aluksi tarkastellaan kiekkojen koon kehitystä, joka on tapahtunut enemmän tai vähemmän eksponentiaalisesti 1950-luvun lopusta lähtien, kuten kuvasta 86 näkyy. Vuonna 2012 kiekkojen läpimitan ennustetaan olevan 450 mm tai noin 18 tuumaa. Ensimmäiset halkaisijaltaan 300 mm:n kiekot valmistetaan vuonna 2000.1950-luvun lopun jälkeen kiekkojen pinta on kasvanut 100-kertaiseksi.

Kuva 86: Kiekkojen koon kehitys alkaen 1960-luvulta. Kehitys on esitetty logaritmiasteikolla, mikä osoittaa kasvun olevan suurin piirtein eksponentiaalista.

Samanaikainen virheiden määrän vähentyminen pinta-alayksikköä kohden on tullut yhteensopivaksi suurikokoisten piirien kanssa. Esimerkiksi 1970-luvun lopulla virheiden määrä pinta-alaa kohden halkaisijaltaan 3 tuuman kiekossa oli noin 1/cm², kun kerroin oli tavallisesti D₀ . Kannattavan hyötysuhteen kannalta oli vaikea valmistaa mikropiirejä, joiden pinta-ala oli suurempi kuin 10 mm². Yksinkertaistaen: tilastollinen analyysi osoittaa, että hyvän hyötysuhteen saamiseksi suhteen on oltava ainakin 5. Nykyään kerroin D₀ hipoo kokoa 0,05 cm^-2. Tämä tekee mahdolliseksi valmistaa hyvällä hyötysuhteella piirejä (tai siruja), joiden pinta-ala on luokkaa 2,5 cm². Kuva 87 kertoo tästä kehityksestä. Voimme huomata, että käyrä on taas eksponentiaalinen. Koko ei ole enää todellakaan sirun koko!

Kuva 87: Sirujen koon kehitys 1970-luvulta lähtien. Kasvu on voimakkaasti sidoksissa a) alustojen laatuun. Virheiden määrän on oltava erittäin alhainen pinta-alayksikköä kohti. b) mikropiirien valmistusmenetelmän valvontaan.

Mikropiirien potentiaalisen koon kasvaessa peruskomponenttien koko on huomattavasti pienentynyt. Tämä on ollut mahdollista vain teknologisen harppauksen ansiosta. Tärkeimmät edistysaskeleet ovat:

• ioni-istutuksen käyttö seostukseen, mikä takaa epäpuhtausaineen annostuksen tarkan valvonnan,
• epitaksinen kasvatus, heikosti seostetuille alueille tai hyvin ohuisiin kerroksiin,
• paikannettu oksidi (LOCOS) komponenttien väliseen eristykseen,
• hilojen itsekohdistus maskien ja kohdistusoperaatioiden määrän minimoimiseksi,
• fotolitografiassa aallonpituuden pienentyminen,
• valomaskaajien automaattinen asemointi,
• anisotrooppinen syövytys, joka mahdollistaa sivuiltaan erittäin pienikokoisten välikkeiden valmistuksen,
• planarisaatio, joka mahdollistaa paksuuserojen pienentämisen useiden teknologisten vaiheiden jälkeen,
• valikoiva epitaksinen kasvu, jolla vähennetään fotolitografisten operaatioiden määrää.

Kaikki edelliset parannukset ovat aikaansaaneet mahtavan kehityksen perustransistoreiden määrässä sirua kohden. Kehitys on ollut eksponentiaalista ja se on Gordonin ja Mooren lain mukaista. Komponenttien määrä sirua kohti on keskimäärin nelinkertaistunut joka kolmas vuosi, mikä merkitsee 30 vuodessa kasvutekijää10⁶ . Tämän kehityksen tyypillinen edustaja on DRAM- tai dynaaminen RAM-muisti (Random Access Memory), jonka perusmuistipaikka on supistettu yhteen ainoaan MOS-transistoriin, varastointipaikan vastatessa nielu/alusta-liitoksen häiriökapasiteettia. Tämä kehitys on esitetty kuvassa 88. Monimutkaisten piirien, kuten mikroprosessoreiden, kehitys on seurannut DRAMin vastaavaa. Vuonna 2000 monimutkaisimmissa prosessoreissa oli noin 100 miljoonaa transistoria. Prosessorien integraatiota rajoittavat enemmän lämmönsiirron ja paikallisesti syntyvän tehon ongelmat kuin itse valmistustekniikka.

Kuva 88: Transistorien määrä sirua kohti 1970-luvulta lähtien: G.E. Mooren laki [17-18]. Hyvä kriteeri on analysoida dynaamisten DRAM-muistien kehitystä: niiden muistipaikka toteutetaan yhden ainoan transistorin avulla.

Selvään korrelaatioon liittyy perustransistorin kanavan pituus. Logaritmisesta esityksestä voidaan löytää jälleen Mooren laki; lasku on ajan mukana eksponentiaalista. Kehitys on huomattavaa ja yllättävää. Kohtuudella voi ennustaa, että lakia käytetään hyväksi vielä noin kymmenen vuoden ajan (kuva 89). On ennustettu, että teollisuudessa saavutetaan kanavan pituudeksi 0,05 mm vuonna 2012. Ensimmäiset 0,07 mm:n pituiset transistorit on jo valmistettu ja Bell's Labs on esitellyt pitkittäisrakenteisen, klassista teknologiaa käyttävän 0,05 mm:n prototyypin.

Kuva 89: MOS-transistorien kanavan pituuden kehitys. Kehitys on ollut eksponentiaalista vuodesta 1980. Nykyisten ennusteiden mukaan 0,05 mm:n koko saavutetaan vuonna 2012.