半導體入門：半導體是什麼？半導體廠在做什麼？

半導體是一種導電能力介於導體和絕緣體之間、而且導不導電可以由人控制的材料，最常用的是矽。用它做成、用電控制的小開關叫電晶體，把很多電晶體做在一起，就是晶片。平常說「在半導體上班」「半導體廠」，指的通常是做晶片的整個產業：有人設計晶片，晶圓廠把它做在晶圓上，封裝測試廠把它測好、包好，最後裝進手機、電腦和車子。這篇用白話把這幾件事串起來，最後給一條完全外行也走得下去的免費自學路線。

半導體是什麼？

把電想成水管裡的水：導體像一直開著的水管，絕緣體像堵死的水管，半導體像裝了閘門的水管，閘門開多大可以調。在很純的矽裡加進一點點別的原子（摻雜），就能決定哪一小塊導電、導多少。

用這個特性做出來、用電控制的開關，就是電晶體：通了是 1，斷了是 0。一顆晶片上可以有上億、甚至上百億個電晶體，手機拍照、算路線、跑 AI，最後都是它們在開開關關。

想多知道一點，照順序讀這三篇：半導體是什麼？、晶片是什麼？、電晶體是什麼？。

半導體業在做什麼？為什麼「半導體」常常是指一個產業

「半導體」本來是材料的名字，後來也成了做晶片這一行的統稱。所以有人問「半導體在做什麼」，可能是兩個問題：問材料，答案在上一段；問產業，答案是：把晶片設計出來、做出來、測好包好，交給做手機、電腦、車子、家電的公司。

做一顆晶片，要經過哪幾種公司？（上中下游）

哪一段	在做什麼	像什麼
設計（IC 設計；IC 就是晶片）	用電腦設計電路，模擬、檢查很多遍；確定了就交出設計圖，做成光罩（印電路用的底片）	畫藍圖
製造（晶圓廠）	晶圓在廠裡走上百道步驟，一層一層做出電晶體和導線，要幾週到幾個月	照藍圖蓋房子
封裝與測試	先在晶圓上把每一顆都測過，再切開、包上外殼、接好腳，封好再測一次，好的才出貨	驗收、包裝、出貨
裝進產品	焊到電路板上，裝進手機、電腦、車子	交到使用者手上

另外還有提供材料（矽晶圓、化學品、特殊氣體）和機台的公司。新聞常把設計叫上游、製造叫中游、封測叫下游，不過切法不只一種，有的把材料和機台算在最上游；看到「上游」，先看作者指的是哪一段。

這幾段常常是不同的公司做：有的只設計、不自己蓋廠；有的晶圓廠專門幫別人做晶片；也有從設計到製造都自己來的。差別在哪，可以讀晶圓代工是什麼？；後面那一段，讀封裝是什麼？和晶片怎麼測試？。

半導體廠（晶圓廠）裡到底在做什麼？

晶圓廠做的是中間那一段：把一片圓形、很薄的矽晶圓，做成上面排滿一顆一顆晶片的晶圓。

晶片是一層一層疊出來的。每疊一層，晶圓都要在幾個製程區之間繞一圈：黃光把圖案印上去、蝕刻照著圖案刻出來、薄膜長一層新的材料、CMP 把表面磨平、爐管用高溫長氧化層、讓打進去的原子就定位，離子植入把原子打進矽裡、清洗把表面洗乾淨，中間一再量測，確認做對了沒有。每一區在做什麼，讀晶圓廠七個製程區各在做什麼？；一顆晶片從設計交出去到裝進產品的全程，看晶片的一生。

這些都在無塵室裡做：空氣比一般房間乾淨很多，人要穿全身無塵衣（無塵室有多乾淨？）。機台很貴，晶圓一做就是幾週到幾個月，所以廠 24 小時不停，人輪班顧著（晶圓廠為什麼 24 小時不停？）。

晶圓廠裡的人，每天在做什麼？

不是每個人都在顧機台。大致有這幾種：

• 製程工程師：顧一個區的作法和配方，這一區做出來的東西對不對、好不好，先找他。
• 設備工程師：讓機台會動，壞了把它修好、保養好。
• 製程整合工程師：從頭到尾顧一個產品，決定一批貨能不能往下走。
• 製造部：排貨、追進度，讓晶圓照時程一站一站往下走。
• 廠務：水、電、空調、氣體和化學品，讓整座廠活著。
• 品保：出貨前檢查，有異常就追到找出原因、改好為止。

整個半導體業的職位分類：半導體業有哪些職位？；各做什麼、差在哪：晶圓廠裡有誰、晶圓廠工程師的一天、製程工程師和設備工程師差在哪？。

半導體很難懂嗎？

看你想懂到哪裡。想知道晶片怎麼做、晶圓廠在做什麼、裡面的人怎麼分工，不需要物理和化學的背景：用水管、開關、印刷、蓋房子這類比喻，就能把整個流程看懂。真正難的是背後的道理（電子在固體裡怎麼跑）和每一步的細節，那是大學電機、物理、材料、化工這些科系要花好幾年學的。所以建議先把流程看懂，有興趣再往下挖。

完全外行，要從哪裡開始？

一條不用任何背景、全部免費的路線：

1. 先讀三篇，大約十五分鐘：半導體、晶片、電晶體是什麼（就是上面那三篇，在晶片入門裡排在這篇後面）。
2. 看一顆晶片怎麼做出來：晶片的一生一頁走完設計、試產、量產、測試、封裝、出貨。
3. 親自走一遍晶圓廠：fab24hr 是免費的 3D 網頁遊戲，不用安裝、不用登入，手機就能玩。可以跟著主線「晶片的一生」一章一章走，也可以在「打工人的一天」選一個位子過一班，一班大約 5 到 15 分鐘。在廠裡點一台機台，有 16 種可以按「拆開來看」，一個零件一個零件看它的構造，再按「看它怎麼動」，一步一步看它怎麼運作。
4. 碰到行話，點開就有白話：遊戲裡的行話都可以點；也可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。
5. 想看懂新聞：讀看懂晶片新聞那一類：2 奈米、良率、先進封裝、晶圓代工。
6. 想走這一行：先看半導體業有哪些職位？和半導體業很操嗎？，其他在在晶圓廠工作那一類。

還有哪些免費的學習管道？

想再往下學，可以找這幾種：

• 大學的開放式課程與公開講義：用「半導體元件」「半導體製程概論」去搜，很多學校有免費的影片和講義，物理和化學講得最完整。
• 給新手的線上入門課：有些產業協會和學校，替沒有理工背景的人開了免費的入門課。
• 教科書：「半導體元件」講它為什麼會動，「半導體製程」講它怎麼做出來。
• 科普影片與 3D 動畫：微影、蝕刻這種眼睛看不到的步驟，看動畫最直覺。

建議的順序：先把整個流程看懂（這篇、晶片的一生、fab24hr），再挑有興趣的那一段讀深：對物理有興趣讀元件，對工廠有興趣讀製程，想找工作就看各種職位在做什麼。

在 fab24hr 裡

fab24hr 的主線「晶片的一生」，跟著一顆虛構的助聽器晶片「螢火」：序章「下線」，設計交給晶圓廠；第一幕在研發線試產，第 2 章「一站一站」走過七個製程區；第二幕在量產廠；第三幕在封測廠，測過、封好；終章，它裝進一副助聽器，交到沈爸爸手上。這篇講的每一段，遊戲裡都走得到。遊戲裡的公司、人物、機台編號和數字都是虛構的；半導體是什麼、晶片怎麼分工、晶圓廠怎麼做，照公開的一般資料寫。