参见：半导体器件制造和集成电路设计
从1930年代开始，元素周期表化学元素中的半导体被诸如贝尔实验室威廉·肖克利（William Shockley）的研究者认为是最适合做固态真空管的原料。这些原料在1940至50年代被系统地研究，从氧化铜开始，然后到锗，再到硅。现今，单晶硅是集成电路的主要基层，尽管元素周期表中的一些III-V价化合物（比如砷化镓）有特殊用途，例如发光二极管、激光、太阳能电池和最高速集成电路。发现无缺陷晶体的制造方法需要数十年的时间。
半导体集成电路制程，包括以下步骤，并重复使用：
光刻
刻蚀
薄膜（化学气相沉积或物理气相沉积）
掺杂（热扩散或离子注入）
化学机械平坦化CMP
使用单晶硅晶圆（或III-V族，如砷化镓）用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等元件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成晶片制作。因产品效能需求及成本考量，导线可分为铝制程（以溅镀为主）和铜制程（英语：Copper interconnect）（以电镀为主参见Damascene（英语：Damascene））。[2][3][4]主要的制程技术可以分为以下几大类：黄光微影、蚀刻、扩散、薄膜、平坦化制成、金属化制成。
IC由很多重叠的层组成，每层由影像技术定义，通常用不同的颜色表示。一些层标明在哪里不同的掺杂剂扩散进基层（成为扩散层），一些定义哪里额外的离子灌输（灌输层），一些定义导体（多晶硅或金属层），一些定义传导层之间的连接（过孔或接触层）。所有的元件由这些层的特定组合构成。
在一个自排列（CMOS）过程中，所有门层（多晶硅或金属）穿过扩散层的地方形成晶体管。
电阻结构，电阻结构的长宽比，结合表面电阻系数，决定电阻。
电容结构，由于尺寸限制，在IC上只能产生很小的电容。
更为少见的电感结构，可以制作芯片载电感或由回旋器模拟。
因为CMOS设备只引导电流在逻辑门之间转换，CMOS设备比双极型元件（如双极性晶体管）消耗的电流少很多，也是现在主流的元件。透过电路的设计，将多颗的电晶体管画在矽晶圆上，就可以画出不同作用的集成电路。
随机存取存储器是最常见类型的集成电路，所以密度最高的设备是存储器，但即使是微处理器上也有存储器。尽管结构非常复杂－几十年来芯片宽度一直减少－但集成电路的层依然比宽度薄很多。元件层的制作非常像照相过程。虽然可见光谱中的光波不能用来曝光元件层，因为他们太大了。高频光子（通常是紫外线）被用来创造每层的图案。因为每个特征都非常小，对于一个正在调试制造过程的过程工程师来说，电子显微镜是必要工具。
在使用自动测试设备（ATE）包装前，每个设备都要进行测试。测试过程称为晶圆测试或晶圆探通。晶圆被切割成矩形块，每个被称为裸晶（“die”）。每个好的die被焊在“pads”上的铝线或金线，连接到封装内，pads通常在die的边上。封装之后，设备在晶圆探通中使用的相同或相似的ATE上进行终检。测试成本可以达到低成本产品的制造成本的25％，但是对于低产出，大型和/或高成本的设备，可以忽略不计。
在2005年，一个制造厂（通常称为半导体工厂（英语：Semiconductor fabrication plant），常简称fab，指fabrication facility）建设费用要超过10亿美元，因为大部分操作是自动化的。
封装
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2019年AMD公司Ryzen5-3600处理器的积体电路未封装状态，内部结构可见。
最早的集成电路使用陶瓷扁平封装，这种封装很多年来因为可靠性和小尺寸继续被军方使用。商用电路封装很快转变到双列直插封装，简单来说，即开始是陶瓷，之后是塑料。1980年代，VLSI电路的针脚超过了DIP封装的应用限制，最后导致插针网格阵列和芯片载体的出现。
表面贴着封装在1980年代初期出现，该年代后期开始流行。它的针脚使用更细的间距，引脚形状为海鸥翼型或J型。以小尺寸集成电路（SOIC）为例，比相等的DIP面积少30－50%，厚度少70%。这种封装在两个长边有海鸥翼型引脚突出，引脚间距为0.05英寸。
小尺寸集成电路（SOIC）和PLCC封装。1990年代，尽管PGA封装依然经常用于高端微处理器。PQFP和薄型小尺寸封装（TSOP）成为高引脚数设备的通常封装。Intel和AMD的高端微处理器现在从PGA（Pine Grid Array）封装转到了平面网格阵列封装（Land Grid Array，LGA）封装。
球栅阵列封装封装从1970年代开始出现，1990年代开发了比其他封装有更多管脚数的覆晶球栅阵列封装封装。在FCBGA封装中，晶片被上下翻转（flipped）安装，通过与PCB相似的基层而不是线与封装上的焊球连接。FCBGA封装使得输入输出信号阵列（称为I/O区域）分布在整个晶片的表面，而不是限制于晶片的外围。
如今的市场，封装采用技术与特性已经非常复杂，也已经是独立出来的一环，封装的技术也会影响到产品的品质及良率。