(VLSI), miniaturiseringstechniek die uitstijgt boven de large scale integration (LSI) in de micro-elektronika. Met de VLSIminiaturiseringstechniek kunnen op één microelektronisch circuit of chip vele tienduizenden schakelen/of geheugenelementen worden aangebracht.
Kenmerkend voor de VLSI-techniek is dat met deze techniek op de chips scherp begrensde contouren en lijndikten kunnen worden aangebracht, die kleiner of smaller zijn dan één micrometer (een duizendste deel van een millimeter).De VLSi-techniek is aan het begin van de jaren zeventig tot ontwikkeling gebracht in de researchlaboratoria van IBM Corporation te Yorktown Heights (New York) en te San José (Californië). Daarbij werd geëxperimenteerd met elektronenbundels. Het bleek mogelijk te zijn om uiterst fijne, maar energierijke elektronenbundels in submicroscopische dimensies te projecteren op zeer geringe oppervlakken. Ook was het mogelijk om de elektronenbundel op de gewenste momenten zeer snel aan en uit te schakelen. Het gebruik van elektronenbundels was omstreeks die tijd gewenst, omdat met de conventionele miniaturiseringstechnieken de uiterste grenzen werden bereikt. Die uiterste grenzen werden gesteld door de golflengte van het ultraviolette licht, waarmee langs fotografische weg circuitpatronen in transparante contactmaskers werden aangebracht.
Ultraviolet licht heeft een golflengte, die te groot is om daarmee nog scherp begrensde spleetjes in de maskers aan te brengen. Bovendien vertoont het ultraviolette licht, gaande door zeer smalle spleetjes met een breedte van ca. één micrometer, diffractie- of buigingsverschijnselen. Deze optische bijverschijnselen zijn in hoge mate ongewenst in het fotolythografische proces, dat aan de produktie van geminiaturiseerde micro-elektronische circuits ten grondslag ligt. Het gebruik van gebundelde straling met een kortere golflengte dan die van ultraviolet licht lag voor de hand. Daarbij viel de keus al snel op de elektronenbundel, die behalve de veel kortere golflengte ook nog het voordeel bood van de veel grotere energierijkdom. In de praktijk betekende dat, dat de elektronenbundel dieper kan doordringen in de oppervlakken van halfgeleidende materialen dan het ultraviolette licht.
Aanvankelijk werden röntgen- en elektronenbundels benut om fijnere en scherper begrensde contouren aan te brengen in de contactmaskers. Uit deze benadering is de large scale integration of LSIminiaturiseringstechniek voortgekomen, die echter nog voor een belangrijk deel afhankelijk bleef van de fotolythografische produktiemethode. Met de LSi-techniek konden op de chips contouren van één tot twee micrometer worden aangebracht, resulterend in microprocessor- en geheugenchips, waarop enkele tienduizenden schakelelementen waren aangebracht. Met de VLSI-techniek is daarop een andere en meer directe fabricagemethode ontwikkeld, die de zogenaamde superchips oplevert: verwerkings- en geheugenchips, waarop vele tienduizenden schakelelementen actief zijn. Bij de VLSi-produktiegang is het mogelijk om enkele deelontwerpen van de geïntegreerde circuits met de elektronenbundel rechtstreeks in siliciumschijven te ‘schrijven’. Daarmee worden de gebruikelijke omwegen langs een of meer maskerstappen vermeden.
Bij het schrijven of tekenen van circuitpatronen in het halfgeleidende materiaal wordt gebruik gemaakt van een elektronenbundel, die door een procescomputer wordt gestuurd. Deze computer heeft in zijn geheugen het patroon van de chip en bedient aan de hand daarvan de magneetvelden of magnetische ‘lenzen’, waarmee de bundel wordt gericht en snel maar zeer subtiel langs de voorgeprogrammeerde trajecten wordt geleid. Tegelijkertijd schakelt de procescomputer de bundel zeer snel aan en uit.
Tijdens het VLSI-fabricageproces worden chippatronen met zeer grote snelheid in het materiaal getekend. Het beschrijven van één complexe chip neemt ongeveer één seconde in beslag. Een belangrijk voordeel van deze fabricagetechniek is ook dat tijdens de fase waarin een wafel vol VLSi-chips wordt getest, het afvalpercentage van mislukte chips betrekkelijk klein is: 10—20 %. Dit in tegenstelling tot 60-70 % bij de conventionele fotolythografische fabricagemethode. Begin 1980 kwamen iBM en Texas Instruments vrijwel gelijktijdig uit met de eerste produkten van deze geavanceerde VLSI-techniek: 64 K geheugenchips. Op deze chips van plusminus 6x7 mm2 zijn ca. 100000 schakelelementen aangebracht: 64 x 1024 = 65536 geheugenelementen en ruim 30000 schakelelementen voor de besturing van deze complexe chips.
Dezelfde VLSi-techniek maakt ook geheugenchips van 512 K en zelfs 1024 K mogelijk. Het vervaardigen van VLSI-microprocessorchips is tot nu toe beperkt gebleven tot experimenten. Onderzoekers van het IBM-laboratorium in East Fishkill (VS) hebben bij wijze van experiment de centrale verwerkingseenheid van de grote Systeem-370 computer op één VLSi-superchip van 7 mm x 7 mm aangebracht. Daarbij was niet de miniaturiseringsgraad de grote moeilijkheid, maar de integratie tot één kolossaal werkend systeem in de submicroscopische dimensies van meer dan 45000 elektronische componenten.
De VLSI-techniek is van groot belang voor de toekomst van de geautomatiseerde gegevensverwerking. Was het met LSI-technieken mogelijk om de microprocessorchip aan te brengen, de VLSi-techniek zal het mogelijk maken minicomputers, middelgrote computers en zelfs grote computers in chips onder te brengen en binnen het bereik te brengen van steeds meer gebruikers.
