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文章來源：步行街，作者：hupu_d967008f00047058
最近中興被制裁鬧得沸沸揚揚，步行街也從IT轉到IC，各種文章轉發討論非常熱鬧。目前我看見的文章都像是行業分析師和大眾媒體寫的，我覺得他們的角度比較宏觀和表面，更適合說明產業現狀。我作為一個以半導體為專業和職業的JR，自認為入行的時間夠長，接觸的技術和人夠廣，所以也想來寫篇文章，以我的經歷和觀察講講中國半導體的實情。虎撲學生JRS比較多，如果想投身這個行業，可以參考本文在高考、考研的時候報考相關專業。
半導體是承載晶片的材料。不同晶片具有不同功能，一個電子產品需要多種晶片組成系統。在半導體上製作晶片電路，我們叫集成電路（integrated circuits, IC）。這種集成的技術在學術上叫微電子技術。可以籠統的把半導體，微電子，晶片和集成電路當成一個東西。IT一般是第三產業，IC是第二產業。從事半導體行業一般要求科班出生，自學是學不會的，因為晶片最終是要落實到製造出實物。半導體產業內分工繁多，跨行難度遠高於從C++轉到Java。
半導體行業主要分為三部分，由後往前為3.封裝測試2.半導體製造1.晶片設計。我按次序來介紹。
封裝測試
封裝測試是把半導體封裝成大家看見的黑乎乎的晶片。這是我國能快速取得行業領先的一個產業。目前中國最大的封測廠是A股上市公司，2017世界行業排名第三。這種工廠大部分在臺灣，大陸甚至菲律賓、泰國。封裝測試的技術更新相對比較慢，如果材料和生產工藝能有巨大突破，帶來的影響會是顛覆性的。
半導體製造
半導體製造是中國最欠缺的行業，是制約中國芯的關鍵，是燒錢大戶。
半導體製造分為晶圓製造（目前主要是單晶矽）和集成電路製造。我國在1960年代就造出了單晶矽，相關設備還出口到了歐洲。當時主要是提供軍用產品和收音機使用，造成很長一段時間普通人認為半導體就是收音機。由於半導體的應用主要是資本主義陣營引領，所以現在製造單晶矽的最大公司在日本。目前國內在廣建矽片廠，產量能在5年內迅速提高，但提高純度是材料專業人員需要一直研究的。
集成電路製造是在晶圓上做出電路，它是決定行業地位的關鍵。這幾年國家投資半導體的大部分錢都是建這種工廠，我們叫它Fab或Foundry。目前世界最大的Foundry是臺積電，其營收佔臺灣總GDP的5%。大陸最大的是中芯國際，排名全球第五，但規模只有臺積電的十分之一，技術還停留在28nm，差5年。雖然大部分晶片是不需要最先進的7nm製程的，但提高製程是Foundry保持競爭力的主要工作。
總之，半導體製造可以通過這幾年大量投入在5年內明顯提高產量，但材料純度和製造精度是需要長時間提高的方向。目前單晶矽的性能已經到了物理極限，應該會在幾十年內換成化合物半導體。我不確定中國有沒有彎道超車的機會，畢竟我國1960年代就造出了GaN晶片。
這裡我想講兩個重要的事情。
1.光刻機！光刻機！！光刻機！！！
有人提到臺積電的光刻機是買的荷蘭的，而光刻機中的光源和鏡頭又分別是美國和德國蔡司的。其實世界本來就是精細分工，互通有無的，奈何帝國主義就想通過技術領先來控制其它國家。我國受《瓦森納協定》的限制無法購買最先進的光刻機，所以要想在製程上領先，中國需要先像「兩彈一星」一樣，搞出最先進的光刻機。
目前能生產光刻機的有四個國家荷蘭、美國、日本和中國，中國排第四名。現在荷蘭是越來越強，日本的尼康、佳能都快放棄了。我查了下中國那家的技術水平大概在100nm左右，沒記錯的話大概相當於英特爾奔騰四CPU採用的工藝水平。所以，有人說中國半導體落後世界先進水平十幾年，這應該算是很準確的說法。這個追趕之路將會很漫長。
2.亞洲半導體1980年代
中國和日本是亞洲最先發展半導體的國家。中國是完全獨立自主，日本是融入資本主義陣營的產業分工。1980年代是亞洲半導體發展的分水嶺。彼時，日本通過引進消化再創新，在世界半導體行業風光無限。中國把精力放在發展經濟上，把未來的科技規劃放在「863計劃」裡面，但「863計劃」把半導體忽略了。如果那個時候能高瞻遠矚發展光刻機，今天情況就不一樣了，非常可惜。
1980年代，裡根總統開啟了「新自由主義」，鼓勵資本追逐高利潤，大批廉價產業轉移到了亞洲。當時的英特爾覺得在日本的競爭下，存儲器利潤太低，所以把工廠和技術賣給了韓國，專注搞更賺錢的CPU去了。韓國從那時開始興舉國力之力發展半導體，尤其是存儲器。存儲器是半導體行業裡產量很大的一類晶片，每家公司的存儲器可以互相替換。它有點像鋼材，不同公司生產的都是標準品，價格根據國際供需關係來定。韓國靠著不斷擴大產能、壓低價格最終把競爭對手擠了出去，坐上了存儲器的壟斷地位。
1980年代之前，半導體公司都需要有自己的工廠，而工廠的成本是巨大的。臺積電開啟了晶片代工商業模式，讓設計公司只需要專心設計（Fabless），由它來完成生產。這種模式改變了整個半導體產業，各種Fabless公司如雨後春筍，晶片的種類也更加細化和多樣化。
1980年代奠定了今日亞洲半導體的格局。三星、臺積電風光無限。日本雖然發展的最深最廣，但經營不善，一些大公司不得不變賣他國。中國還在奮發圖強。2000年中國曾有一波半導體熱潮，那時有了中芯國際和華宏宏力。這幾年是改革開放後第二波半導體熱潮。
晶片設計
晶片設計是半導體行業中最有創新活力的一環。2017年中國大陸純設計公司銷售額佔世界的10%，有十家公司進入世界前50名。圖一是中國半導體行業協會統計的2016年情況，圖二是一個行業研究公司統計的2017年的情況。由於統計標準和途徑的不一樣，進入這兩個榜單的公司會有些出入。華為的海思半導體很可能在2017年成為首個進入世界所有半導體公司前20名的中國公司（最終排名還未公布）。你們也能看到中興也是有半導體子公司的。這個榜單裡面還有個有意思的公司是比特大陸。它2013年才成立，主要做比特幣挖礦晶片，2017年由於比特幣的火熱直接使他排到了第二名。
我這裡要指出的是這些中國公司很多是從事數字晶片設計的，數字電路設計的門檻是比較低的，它的核心競爭力是其承載的標準和算法，而不是電路設計本身。這裡要插入一個故事。
很多人問為什麼現在還是英特爾，龍芯呢？
其實該問為什麼全世界還是英特爾X86+Windows。當普通人都知道Ctrl C和Ctrl V是複製粘貼的時候就說明這個組合已經成了深入人心的標準了。龍芯MIPS原來申請過Windows，但被直接拒絕了，所以只能搭著Linux在一些重要部門使用。現在的龍芯已經成了一個獨立的公司，它已經上天用在了北鬥導航衛星中。
大家這幾天一定看過下面這張表，表中的0%不是指中國沒有，而是指市場佔有率很低，低到可以忽略。我們有龍芯，有神威太湖之光，但那是給科研部門用的。普通人玩lol，吃雞，王者榮耀還是用的X86電腦和伺服器。英特爾的X86指令集已經主導計算機市場很多年。中國只能看看能不能和其它國家一起用ARM+Linux搞一波事情，或者等待更好的指令集出現。如果還不行，就只能等到重大科技革命出現，如量子計算機。
FPGA/CPLD(EPLD是筆誤)是技術門檻較高的產品。世界前三名都是美國企業，中國想收購第三名被拒絕了。中國有幾個小公司做這個產品，但小到可以忽略。
DSP的應用領域已經嚴重被FPGA和ASIC蠶食，國產DSP如果有，也應該和國產FPGA一樣先給航空航天等領域使用，數量不多。
表中唯一讓人欣慰的是通信裝備中的國產晶片佔有率比較高，這得益於華為中興等通信公司的努力。
內存設備是我國這幾年大力投資的領域，中國想在2020年完成晶片國產化率40%，DRAM和NAND Flash就要貢獻這裡的10%以上。到時會從韓國手中搶過很多份額。
電視機晶片是比較簡單的技術，這種晶片的份額比較容易提高。
數字晶片的設計本身是比較容易的，計算機專業或者用過FPGA的同學可以通過這裡進入半導體行業。正如前文所說，數字晶片的核心競爭力在標準和算法，製造可以外包給臺積電，所以龍芯是交給中科院計算所研發的，而不是半導體所和微電子所。
模擬晶片
一般文章沒有介紹的是晶片中還有一大類是模擬晶片，它是從自然界到電子化，數位化的接口。模擬晶片有很多細分領域，所有電子產品都要用到，創新空間大，存在很多小而美的公司，模擬的晶片的利潤也是比較高的。設計模擬晶片，需要學習所有半導體的相關知識，而且可以觸類旁通，參與不同晶片的研發。如果選專業方向，建議優先選擇模擬晶片。
這裡要介紹模擬晶片中最難的，也可能是所有晶片設計中最難的一種晶片—高速數模轉換器（高速ADC）。它用在雷達飛彈，測試設備，醫療設備和通信設備中，目前市面上主要是美國產的。由於可以用來造武器，所以對中國禁售，但可以賣閹割版給華為中興做通信設備。美國公司裡面，華人是禁止參加這種晶片研發的。根據我接觸的情況，國產高速ADC應該也是有的。一個做測試設備的人告訴我他們用的是國內研究所製造的晶片。可能是由於國產的成本高，體積大，所以通信領域沒有用。目前也有其它中國公司在做這種晶片。
半導體還包括一大類分立器件，這裡篇幅所限就不詳述了。
中國的半導體人才從哪裡來？
之前由於國內半導體產業比較小，所以開設相關專業的大學也不多，主要是幾所985。90年代有電子材料畢業的師兄甚至被企業派去做瓷器，所以沒有產業就沒有專業。這幾年行業高端人才主要從國外請回來，半導體製造也有大量從日韓臺挖來的工藝工程師，他們都是百萬年薪，能比本國多得幾倍的薪水。目前各大學在擴招相關專業，我就看見母校在幫新建的幾個半導體廠定向培養工藝工程師。
5G和中國製造2025
通信設備是我國很有競爭力的一個產業。在4G時代，華為中興們通過過硬的質量，便宜的價格和卓越的性能搶佔了全球很大的市場份額。在5G時代，中國的大學（包括幾所臺灣大學）和公司非常團結，佔據了5G標準的相當份額，歐洲標準已經出局了。但是，美國一定要控制這種重要行業，實施精準打擊，所以之前的禁售華為和這次中興事件都是欲加之罪何患無辭。能實現產業升級可以極大的提高國民收入，這些大公司裡面的保安收入都比其它公司高。美國認為中國製造2025會影響它的經濟地位，會讓中國標準變成國際標準，所以現在的貿易戰就是針對2025限制中國發展。
養狼計劃
中國的電子產業蓬勃發展，每年使用全球三分之一以上的晶片。這幾年像共享單車這種創新產品也為半導體提供了新的應用方向。
大公司對供應商都有養狼計劃，即同一種功能的晶片引入兩個供應商互相競爭，可以降低價格，保證供貨量。由於美國晶片比較強勢，所以經常是兩個美國公司在競爭。這次貿易戰其實對美國公司有很大的傷害。本來生意只應是兩家公司之間的事情，但現在又有了美國政府這個不確定因素，所以以後中國公司會考慮多養養本國狼，或者是歐洲狼、日本狼。
這次事件在我們行業內引起的並不是恐懼，而是憤怒還有點小興奮。美國公司有強大的品牌影響力，形成了品牌信仰。我們有很多小公司正嗷嗷待哺。美國政府的神助攻讓社會更加重視我們這個行業，有更多客戶願意將機會給中國自己的公司。
中國半導體開始於1958年，我以此文紀念中國半導體60周年。希望2025年，他能變得無比強大而不懼任何挑戰。材料、機電、通信、物理、化學和計算機的同學都可以參與到這個行業中來。這個行業屬於第二產業，工作比較穩定，收入水平不低。如果你已經在做網際網路和IT，請把你的行業做大，它能為半導體提供更大的市場。如果你只想賺錢，請去尋找其它能快速賺錢的方法。
以上完全是我個人的見解，如果有不準確的地方，請指正。大家可以參考這些內容，如果有跟帖問問題，我沒有時間回答，請見諒。
PS: 感謝大家的支持！
上面有個事情漏掉了。流片的成本是非常貴的，一次要幾百萬。學生能有一次流片經歷，畢業時的薪水都要高几千塊錢。這依然說明半導體製造是重中之重。如果能多建幾個Foundry,那麼留給科研的生產排期就會多一些，流片機會也會多一些。不過搞IC本來就需要一段工作時間的培養，這個就像NBA的新秀一樣。我們不像搞IT的，一畢業就可以承擔重要項目。如果在學校沒有流片機會，那就好好夯實理論基礎，多讀讀高質量的論文。
這個行業比較陽光，大家都是受過良好教育的人，工作成績基本是靠同行評議。這次中興事件讓政府和社會這麼關心，說明行業人的社會地位算是比較高。如果哪個房地產商出了事，我看大家都會嘲笑了吧。
我看見又有回帖往買房上扯。搞電子的人有點像古代的儒生，很有家國情懷，對野蠻的房地產也是痛心疾首。搞這一行，薪水不算低，所以買房壓力稍微小一點。如果是在學校和研究所搞科研，福利分房的機會還是有的。如果在企業裡工作，可以了解一下當地的人才政策。要做到稅后街薪，稅前就要40萬，光繳的所得稅就有7萬。據說華為人均70萬年薪，這個在世界通信行業都是最高的了，這應該要繳10萬以上的稅。傻子都能看出這種高科技行業創造的稅收和社會價值大大高於房地產。
一般對於高學歷人才，地方政府應該都有資助。對大的科技企業，政府的福利房也是有的。在Foundry裡面工作的一線工藝師，公司也會提供夫妻宿舍供租住。像華為這種公司已搬到那裡，周圍的房子就想漲價，非常噁心，所以現在很多公司開始給員工修自建房。
我還是要強調，如果你想進入這個行業，請先確認自己是否對理工科有持續的興趣。有好的深造機會，好的項目或者出國留學，儘量把握住。如果你只是想賺大錢，請離開不要回頭。我們追求的是先把事做好，賺錢只是水到渠成的結果。
最後我想說，美國政府就是帝國主義，它就想控制別人的發展。我們的鄰國日本原來天真的認為只要GDP超過美國就可以成為正常國家，結果被控制了三十年，這幾年只能賣掉很多優質的半導體公司還債。美國想壓人一頭，所以戰鬥機要領先世界一代，5G標準要掌握在手裡。我們最大的遺產在於可以獨立自主。當中國搞出先進的雷達，四代戰機和5G標準的時候，就像劉備稱王后給漢獻帝的奏摺被曹操看見了，曹操心裡苦：好你個大耳賊，竟然跟本王平起平坐，當年青梅煮酒時就應該一刀砍死你。
延伸閱讀：
你知道一個晶片是怎樣設計出來的麼？你又知道設計出來的晶片是怎麼生產出來的麼？看完這篇文章你就有大概的了解。
①晶片製造的過程就如同用樂高蓋房子一樣，先有晶圓作為地基，再層層往上疊的晶片製造流程後，就可產出必要的 IC 晶片（這些會在後面介紹）。然而，沒有設計圖，擁有再強制造能力都沒有用，因此，建築師的角色相當重要。但是 IC 設計中的建築師究竟是誰呢？本文接下來要針對 IC 設計做介紹。
在 IC 生產流程中，IC 多由專業 IC 設計公司進行規劃、設計，像是聯發科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設計各自的 IC 晶片，提供不同規格、效能的晶片給下遊廠商選擇。因為 IC 是由各廠自行設計，所以 IC 設計十分仰賴工程師的技術，工程師的素質影響著一間企業的價值。然而，工程師們在設計一顆 IC 晶片時，究竟有那些步驟？設計流程可以簡單分成如下。
設計第一步，訂定目標
在 IC 設計中，最重要的步驟就是規格制定。這個步驟就像是在設計建築前，先決定要幾間房間、浴室，有什麼建築法規需要遵守，在確定好所有的功能之後在進行設計，這樣才不用再花額外的時間進行後續修改。IC 設計也需要經過類似的步驟，才能確保設計出來的晶片不會有任何差錯。
規格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對大方向做設定。接著是察看有哪些協定要符合，像無線網卡的晶片就需要符合 IEEE 802.11 等規範，不然，這晶片將無法和市面上的產品相容，使它無法和其他設備連線。最後則是確立這顆 IC 的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，並確立不同單元間連結的方法，如此便完成規格的制定。
設計完規格後，接著就是設計晶片的細節了。這個步驟就像初步記下建築的規畫，將整體輪廓描繪出來，方便後續製圖。在 IC 晶片中，便是使用硬體描述語言（HDL）將電路描寫出來。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等，藉由程式碼便可輕易地將一顆 IC 地功能表達出來。接著就是檢查程式功能的正確性並持續修改，直到它滿足期望的功能為止。
▲ 32 bits 加法器的 Verilog 範例
有了電腦，事情都變得容易
有了完整規畫後，接下來便是畫出平面的設計藍圖。在 IC 設計中，邏輯合成這個步驟便是將確定無誤的 HDL code，放入電子設計自動化工具（EDA tool），讓電腦將 HDL code 轉換成邏輯電路，產生如下的電路圖。之後，反覆的確定此邏輯閘設計圖是否符合規格並修改，直到功能正確為止。
▲ 控制單元合成後的結果
最後，將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進行電路布局與繞線（Place And Route）。在經過不斷的檢測後，便會形成如下的電路圖。圖中可以看到藍、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。至於光罩究竟要如何運用呢？
▲ 常用的演算晶片- FFT 晶片，完成電路布局與繞線的結果
層層光罩，疊起一顆晶片
首先，目前已經知道一顆 IC 會產生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務。下圖為簡單的光罩例子，以積體電路中最基本的元件 CMOS 為範例，CMOS 全名為互補式金屬氧化物半導體（Complementary metal–oxide–semiconductor），也就是將 NMOS 和 PMOS 兩者做結合，形成 CMOS。至於什麼是金屬氧化物半導體（MOS）？這種在晶片中廣泛使用的元件比較難說明，一般讀者也較難弄清，在這裡就不多加細究。
下圖中，左邊就是經過電路布局與繞線後形成的電路圖，在前面已經知道每種顏色便代表一張光罩。右邊則是將每張光罩攤開的樣子。製作是，便由底層開始，依循上一篇 IC 晶片的製造中所提的方法，逐層製作，最後便會產生期望的晶片了。
至此，對於 IC 設計應該有初步的了解，整體看來就很清楚 IC 設計是一門非常複雜的專業，也多虧了電腦輔助軟體的成熟，讓 IC 設計得以加速。IC 設計廠十分依賴工程師的智慧，這裡所述的每個步驟都有其專門的知識，皆可獨立成多門專業的課程，像是撰寫硬體描述語言就不單純的只需要熟悉程式語言，還需要了解邏輯電路是如何運作、如何將所需的演算法轉換成程式、合成軟體是如何將程式轉換成邏輯閘等問題。
其中主要半導體設計公司有英特爾、高通、博通、英偉達、美滿、賽靈思、Altera、聯發科、海思、展訊、中興微電子、華大、大唐、智芯、敦泰、士蘭、中星、格科等。
②在半導體的新聞中，總是會提到以尺寸標示的晶圓廠，如 8 寸或是 12 寸晶圓廠，然而，所謂的晶圓到底是什麼東西？其中 8 寸指的是什麼部分？要產出大尺寸的晶圓製造又有什麼難度呢？以下將逐步介紹半導體最重要的基礎——「晶圓」到底是什麼。
晶圓（wafer），是製造各式電腦晶片的基礎。我們可以將晶片製造比擬成用樂高積木蓋房子，藉由一層又一層的堆疊，完成自己期望的造型（也就是各式晶片）。然而，如果沒有良好的地基，蓋出來的房子就會歪來歪去，不合自己所意，為了做出完美的房子，便需要一個平穩的基板。對晶片製造來說，這個基板就是接下來將描述的晶圓。
（Souse：Flickr/Jonathan Stewart CC BY 2.0）
首先，先回想一下小時候在玩樂高積木時，積木的表面都會有一個一個小小圓型的凸出物，藉由這個構造，我們可將兩塊積木穩固的疊在一起，且不需使用膠水。晶片製造，也是以類似這樣的方式，將後續添加的原子和基板固定在一起。因此，我們需要尋找表面整齊的基板，以滿足後續製造所需的條件。
在固體材料中，有一種特殊的晶體結構──單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個接著一個緊密排列在一起的特性，可以形成一個平整的原子表層。因此，採用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。然而，該如何產生這樣的材料呢，主要有二個步驟，分別為純化以及拉晶，之後便能完成這樣的材料。
如何製造單晶的晶圓
純化分成兩個階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化矽轉換成 98% 以上純度的矽。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是採用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98% 對於晶片製造來說依舊不夠，仍需要進一步提升。因此，將再進一步採用西門子製程（Siemens process）作純化，如此，將獲得半導體製程所需的高純度多晶矽。
▲ 矽柱製造流程（Source： Wikipedia）
接著，就是拉晶的步驟。首先，將前面所獲得的高純度多晶矽融化，形成液態的矽。之後，以單晶的矽種（seed）和液體表面接觸，一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於為何需要單晶的矽種，是因為矽原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列，矽種便是重要的排頭，讓後來的原子知道該如何排隊。最後，待離開液面的矽原子凝固後，排列整齊的單晶矽柱便完成了。
▲ 單晶矽柱（Souse：Wikipedia）
然而，8寸、12寸又代表什麼東西呢？他指的是我們產生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。至於製造大尺寸晶圓又有什麼難度呢？如前面所說，晶柱的製作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉一邊成型。有製作過棉花糖的話，應該都知道要做出大而且紮實的棉花糖是相當困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質。也因此，尺寸愈大時，拉晶對速度與溫度的要求就更高，因此要做出高品質 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。
只是，一整條的矽柱並無法做成晶片製造的基板，為了產生一片一片的矽晶圓，接著需要以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片，圓片再經由拋光便可形成晶片製造所需的矽晶圓。經過這麼多步驟，晶片基板的製造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是晶片製造。至於該如何製作晶片呢？
③在介紹過矽晶圓是什麼東西後，同時，也知道製造 IC 晶片就像是用樂高積木蓋房子一樣，藉由一層又一層的堆疊，創造自己所期望的造型。然而，蓋房子有相當多的步驟，IC 製造也是一樣，製造 IC 究竟有哪些步驟？本文將將就 IC 晶片製造的流程做介紹。
在開始前，我們要先認識 IC 晶片是什麼。IC，全名積體電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設計好的電路，以堆疊的方式組合起來。藉由這個方法，我們可以減少連接電路時所需耗費的面積。下圖為 IC 電路的 3D 圖，從圖中可以看出它的結構就像房子的樑和柱，一層一層堆疊，這也就是為何會將 IC 製造比擬成蓋房子。
▲ IC 晶片的 3D 剖面圖。（Source：Wikipedia）
從上圖中 IC 晶片的 3D 剖面圖來看，底部深藍色的部分就是上一篇介紹的晶圓，從這張圖可以更明確的知道，晶圓基板在晶片中扮演的角色是何等重要。至於紅色以及土黃色的部分，則是於 IC 製作時要完成的地方。
首先，在這裡可以將紅色的部分比擬成高樓中的一樓大廳。一樓大廳，是一棟房子的門戶，出入都由這裡，在掌握交通下通常會有較多的機能性。因此，和其他樓層相比，在興建時會比較複雜，需要較多的步驟。在 IC 電路中，這個大廳就是邏輯閘層，它是整顆 IC 中最重要的部分，藉由將多種邏輯閘組合在一起，完成功能齊全的 IC 晶片。
黃色的部分，則像是一般的樓層。和一樓相比，不會有太複雜的構造，而且每層樓在興建時也不會有太多變化。這一層的目的，是將紅色部分的邏輯閘相連在一起。之所以需要這麼多層，是因為有太多線路要連結在一起，在單層無法容納所有的線路下，就要多疊幾層來達成這個目標了。在這之中，不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。
分層施工，逐層架構
知道 IC 的構造後，接下來要介紹該如何製作。試想一下，如果要以油漆噴罐做精細作圖時，我們需先割出圖形的遮蓋板，蓋在紙上。接著再將油漆均勻地噴在紙上，待油漆乾後，再將遮板拿開。不斷的重複這個步驟後，便可完成整齊且複雜的圖形。製造 IC 就是以類似的方式，藉由遮蓋的方式一層一層的堆疊起來。
製作 IC 時，可以簡單分成以上 4 種步驟。雖然實際製造時，製造的步驟會有差異，使用的材料也有所不同，但是大體上皆採用類似的原理。這個流程和油漆作畫有些許不同，IC 製造是先塗料再加做遮蓋，油漆作畫則是先遮蓋再作畫。以下將介紹各流程。
金屬濺鍍：將欲使用的金屬材料均勻灑在晶圓片上，形成一薄膜。
塗布光阻：先將光阻材料放在晶圓片上，透過光罩（光罩原理留待下次說明），將光束打在不要的部分上，破壞光阻材料結構。接著，再以化學藥劑將被破壞的材料洗去。
蝕刻技術：將沒有受光阻保護的矽晶圓，以離子束蝕刻。
光阻去除：使用去光阻液皆剩下的光阻溶解掉，如此便完成一次流程。
最後便會在一整片晶圓上完成很多 IC 晶片，接下來只要將完成的方形 IC 晶片剪下，便可送到封裝廠做封裝，至於封裝廠是什麼東西？就要待之後再做說明囉。
▲ 各種尺寸晶圓的比較。（Source：Wikipedia）
其中，主要晶圓代工廠有格羅方德、三星電子、Tower Jazz、Dongbu、美格納、IBM、富士通、英特爾、海力士、臺積電、聯電、中芯國際、力晶、華虹、德茂、武漢新芯、華微、華立、力芯。
三星以及臺積電在先進半導體製程打得相當火熱，彼此都想要在晶圓代工中搶得先機以爭取訂單，幾乎成了 14 納米與 16 納米之爭，然而 14 納米與 16 納米這兩個數字的究竟意義為何，指的又是哪個部位？而在縮小製程後又將來帶來什麼好處與難題？以下我們將就納米製程做簡單的說明。
納米到底有多細微？
在開始之前，要先了解納米究竟是什麼意思。在數學上，納米是 0.000000001 公尺，但這是個相當差的例子，畢竟我們只看得到小數點後有很多個零，卻沒有實際的感覺。如果以指甲厚度做比較的話，或許會比較明顯。
用尺規實際測量的話可以得知指甲的厚度約為 0.0001 公尺（0.1 毫米），也就是說試著把一片指甲的側面切成 10 萬條線，每條線就約等同於 1 納米，由此可略為想像得到 1 納米是何等的微小了。
知道納米有多小之後，還要理解縮小製程的用意，縮小電晶體的最主要目的，就是可以在更小的晶片中塞入更多的電晶體，讓晶片不會因技術提升而變得更大；其次，可以增加處理器的運算效率；再者，減少體積也可以降低耗電量；最後，晶片體積縮小後，更容易塞入行動裝置中，滿足未來輕薄化的需求。
再回來探究納米製程是什麼，以 14 納米為例，其製程是指在晶片中，線最小可以做到 14 納米的尺寸，下圖為傳統電晶體的長相，以此作為例子。縮小電晶體的最主要目的就是為了要減少耗電量，然而要縮小哪個部分才能達到這個目的？左下圖中的 L 就是我們期望縮小的部分。藉由縮小閘極長度，電流可以用更短的路徑從 Drain 端到 Source 端（有興趣的話可以利用 Google 以 MOSFET 搜尋，會有更詳細的解釋）。
(Source：http://www.slideshare.net）
此外，電腦是以 0 和 1 作運算，要如何以電晶體滿足這個目的呢？做法就是判斷電晶體是否有電流流通。當在 Gate 端（綠色的方塊）做電壓供給，電流就會從 Drain 端到 Source 端，如果沒有供給電壓，電流就不會流動，這樣就可以表示 1 和 0。（至於為什麼要用 0 和 1 作判斷，有興趣的話可以去查布林代數，我們是使用這個方法作成電腦的）
尺寸縮小有其物理限制
不過，製程並不能無限制的縮小，當我們將電晶體縮小到 20 納米左右時，就會遇到量子物理中的問題，讓電晶體有漏電的現象，抵銷縮小 L 時獲得的效益。作為改善方式，就是導入 FinFET（Tri-Gate）這個概念，如右上圖。在 Intel 以前所做的解釋中，可以知道藉由導入這個技術，能減少因物理現象所導致的漏電現象。
（Source：http://www.slideshare.net）
更重要的是，藉由這個方法可以增加 Gate 端和下層的接觸面積。在傳統的做法中（左上圖），接觸面只有一個平面，但是採用 FinFET（Tri-Gate）這個技術後，接觸面將變成立體，可以輕易的增加接觸面積，這樣就可以在保持一樣的接觸面積下讓 Source-Drain 端變得更小，對縮小尺寸有相當大的幫助。
最後，則是為什麼會有人說各大廠進入 10 納米製程將面臨相當嚴峻的挑戰，主因是 1 顆原子的大小大約為 0.1 納米，在 10 納米的情況下，一條線只有不到 100 顆原子，在製作上相當困難，而且只要有一個原子的缺陷，像是在製作過程中有原子掉出或是有雜質，就會產生不知名的現象，影響產品的良率。
如果無法想像這個難度，可以做個小實驗。在桌上用 100 個小珠子排成一個 10×10 的正方形，並且剪裁一張紙蓋在珠子上，接著用小刷子把旁邊的的珠子刷掉，最後使他形成一個 10×5 的長方形。這樣就可以知道各大廠所面臨到的困境，以及達成這個目標究竟是多麼艱巨。
隨著三星以及臺積電在近期將完成 14 納米、16 納米 FinFET 的量產，兩者都想爭奪 Apple 下一代的 iPhone 晶片代工，我們將看到相當精彩的商業競爭，同時也將獲得更加省電、輕薄的手機，要感謝摩爾定律所帶來的好處呢。
⑤經過漫長的流程，從設計到製造，終於獲得一顆 IC 晶片了。然而一顆晶片相當小且薄，如果不在外施加保護，會被輕易的刮傷損壞。此外，因為晶片的尺寸微小，如果不用一個較大尺寸的外殼，將不易以人工安置在電路板上。因此，本文接下來要針對封裝加以描述介紹。
目前常見的封裝有兩種，一種是電動玩具內常見的，黑色長得像蜈蚣的 DIP 封裝，另一為購買盒裝 CPU 時常見的 BGA 封裝。至於其他的封裝法，還有早期 CPU 使用的 PGA（Pin Grid Array；Pin Grid Array）或是 DIP 的改良版 QFP（塑料方形扁平封裝）等。因為有太多種封裝法，以下將對 DIP 以及 BGA 封裝做介紹。
傳統封裝，歷久不衰
首先要介紹的是雙排直立式封裝（Dual Inline Package；DIP），從下圖可以看到採用此封裝的 IC 晶片在雙排接腳下，看起來會像條黑色蜈蚣，讓人印象深刻，此封裝法為最早採用的 IC 封裝技術，具有成本低廉的優勢，適合小型且不需接太多線的晶片。但是，因為大多採用的是塑料，散熱效果較差，無法滿足現行高速晶片的要求。因此，使用此封裝的，大多是歷久不衰的晶片，如下圖中的 OP741，或是對運作速度沒那麼要求且晶片較小、接孔較少的 IC 晶片。
▲ 左圖的 IC 晶片為 OP741，是常見的電壓放大器。右圖為它的剖面圖，這個封裝是以金線將晶片接到金屬接腳（Leadframe）。（Source ：左圖 Wikipedia、右圖 Wikipedia）
至於球格陣列（Ball Grid Array，BGA）封裝，和 DIP 相比封裝體積較小，可輕易的放入體積較小的裝置中。此外，因為接腳位在晶片下方，和 DIP 相比，可容納更多的金屬接腳
相當適合需要較多接點的晶片。然而，採用這種封裝法成本較高且連接的方法較複雜，因此大多用在高單價的產品上。
▲ 左圖為採用 BGA 封裝的晶片。右圖為使用覆晶封裝的 BGA 示意圖。（Source： 左圖 Wikipedia）
行動裝置興起，新技術躍上舞臺
然而，使用以上這些封裝法，會耗費掉相當大的體積。像現在的行動裝置、穿戴裝置等，需要相當多種元件，如果各個元件都獨立封裝，組合起來將耗費非常大的空間，因此目前有兩種方法，可滿足縮小體積的要求，分別為 SoC（System On Chip）以及 SiP（System In Packet）。
在智慧型手機剛興起時，在各大財經雜誌上皆可發現 SoC 這個名詞，然而 SoC 究竟是什麼東西？簡單來說，就是將原本不同功能的 IC，整合在一顆晶片中。藉由這個方法，不單可以縮小體積，還可以縮小不同 IC 間的距離，提升晶片的計算速度。至於製作方法，便是在 IC 設計階段時，將各個不同的 IC 放在一起，再透過先前介紹的設計流程，製作成一張光罩。
然而，SoC 並非只有優點，要設計一顆 SoC 需要相當多的技術配合。IC 晶片各自封裝時，各有封裝外部保護，且 IC 與 IC 間的距離較遠，比較不會發生交互幹擾的情形。但是，當將所有 IC 都包裝在一起時，就是噩夢的開始。IC 設計廠要從原先的單純設計 IC，變成了解並整合各個功能的 IC，增加工程師的工作量。此外，也會遇到很多的狀況，像是通訊晶片的高頻訊號可能會影響其他功能的 IC 等情形。
此外，SoC 還需要獲得其他廠商的 IP（intellectual property）授權，才能將別人設計好的元件放到 SoC 中。因為製作 SoC 需要獲得整顆 IC 的設計細節，才能做成完整的光罩，這同時也增加了 SoC 的設計成本。或許會有人質疑何不自己設計一顆就好了呢？因為設計各種 IC 需要大量和該 IC 相關的知識，只有像 Apple 這樣多金的企業，才有預算能從各知名企業挖角頂尖工程師，以設計一顆全新的 IC，透過合作授權還是比自行研發划算多了。
折衷方案，SiP 現身
作為替代方案，SiP 躍上整合晶片的舞臺。和 SoC 不同，它是購買各家的 IC，在最後一次封裝這些 IC，如此便少了 IP 授權這一步，大幅減少設計成本。此外，因為它們是各自獨立的 IC，彼此的幹擾程度大幅下降。
▲ Apple Watch 採用 SiP 技術將整個電腦架構封裝成一顆晶片，不單滿足期望的效能還縮小體積，讓手錶有更多的空間放電池。（Source：Apple 官網）
採用 SiP 技術的產品，最著名的非 Apple Watch 莫屬。因為 Watch 的內部空間太小，它無法採用傳統的技術，SoC 的設計成本又太高，SiP 成了首要之選。藉由 SiP 技術，不單可縮小體積，還可拉近各個 IC 間的距離，成為可行的折衷方案。下圖便是 Apple Watch 晶片的結構圖，可以看到相當多的 IC 包含在其中。
▲ Apple Watch 中採用 SiP 封裝的 S1 晶片內部配置圖。（Source：chipworks）
完成封裝後，便要進入測試的階段，在這個階段便要確認封裝完的 IC 是否有正常的運作，正確無誤之後便可出貨給組裝廠，做成我們所見的電子產品。其中主要的半導體封裝與測試企業有安靠、星科金朋、J-devices、Unisem、Nepes、日月光、力成、南茂、頎邦、京元電子、福懋、菱生精密、矽品、長電、優特.
至此，半導體產業便完成了整個生產的任務。
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