半導(dǎo)體（881121）芯片產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)莻€(gè)高度復(fù)雜且分工精細(xì)化的產(chǎn)業(yè)體系，按照上中下游的產(chǎn)業(yè)邏輯可劃分為：
上游是半導(dǎo)體（881121）生產(chǎn)材料、生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)計(jì)工具等支撐性領(lǐng)域。
中游是最為核心的芯片制造環(huán)節(jié)，包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試三大工序。
下游則是消費(fèi)電子（881124）、計(jì)算機(jī)、汽車等芯片等終端應(yīng)用方。
半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D
為了大家更透徹地理解產(chǎn)業(yè)鏈，這次講解產(chǎn)業(yè)鏈我們不按從上游切入的慣例，而是從中游切入，先拆解芯片制造最核心的三個(gè)環(huán)節(jié)(芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試)，再一一解析每個(gè)環(huán)節(jié)背后的上游支撐要素。
【中游環(huán)節(jié)1】芯片設(shè)計(jì)：給芯片“畫圖紙”
芯片設(shè)計(jì)，又被稱為IC設(shè)計(jì)，這個(gè)環(huán)節(jié)就像是蓋房子前的設(shè)計(jì)規(guī)劃，設(shè)計(jì)好芯片的“施工圖紙”。
目前，芯片設(shè)計(jì)主流采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)思路(Top-Down)，需要經(jīng)過(guò)規(guī)格設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)四個(gè)關(guān)鍵步驟，但實(shí)際操作過(guò)程非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期（883436）通常需要1-3年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，要知道一顆CPU里集成的晶體管數(shù)量可達(dá)上百億級(jí)別，有極高的設(shè)計(jì)難度。
→芯片設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的上游環(huán)節(jié)
支撐芯片設(shè)計(jì)的上游主要是EDA軟件和IP服務(wù)。
EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)軟件是芯片設(shè)計(jì)的必備工具，從集成電路的邏輯設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證到布局布線，均需依賴其完成，是設(shè)計(jì)效率的決定性因素，其全球市場(chǎng)被Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大廠商主導(dǎo)，雖然國(guó)內(nèi)也有一些EDA企業(yè)，但市場(chǎng)份額較小，EDA軟件仍是半導(dǎo)體（881121）領(lǐng)域的“卡脖子”環(huán)節(jié)。
2024年全球EDA市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局
數(shù)據(jù)來(lái)源：TrendForce、中國(guó)銀河（HK6881）證券研究所整理。
IP服務(wù)則是預(yù)先設(shè)計(jì)好的、可復(fù)用的設(shè)計(jì)模塊(如CPU核、高速接口IP等)，企業(yè)可直接通過(guò)采購(gòu)并集成這些模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能，能有效避免重復(fù)勞動(dòng)、縮短設(shè)計(jì)周期（883436）。
【中游環(huán)節(jié)2】晶圓制造：硅片上“建城市”
如果說(shuō)設(shè)計(jì)是“畫圖紙”，那晶圓制造就是按圖施工“建城市”，將設(shè)計(jì)好的電路圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上，通過(guò)一系列精密的工藝，打造出芯片的層層立體結(jié)構(gòu)。
要在晶圓上造成芯片，首先需要制備晶圓，晶圓通（600233）常是指由高純度單晶硅制成的圓形薄片，需要將石英砂經(jīng)過(guò)高溫提純、拉單晶硅、切割、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等多個(gè)環(huán)節(jié)的處理，最終形成晶圓。
接下來(lái)便進(jìn)入芯片前道工藝階段，這是芯片加工制造的核心環(huán)節(jié)，流程精密且復(fù)雜，大致步驟是：
1.對(duì)晶圓表面進(jìn)行氧化處理，形成一層二氧化硅保護(hù)膜；
2.涂覆光刻膠（885864），再通過(guò)光刻機(jī)（886054）將掩模上的電路圖案精準(zhǔn)投射到晶圓表面；
3.經(jīng)刻蝕工藝去除未被光刻膠（885864）保護(hù)的材料；
4.通過(guò)離子注入技術(shù)摻入雜質(zhì)，構(gòu)建PN結(jié)；
5.之后采用薄膜沉積技術(shù)形成金屬互連層、絕緣層等薄膜層。
上述步驟需循環(huán)數(shù)十次甚至上百次，中間還需要多次清洗、拋光。整個(gè)晶圓制造步驟就像建房子一樣，一層層建上去，最終搭建起復(fù)雜的立體架構(gòu)。
已完成前道工藝的晶圓示意圖
→晶圓制造對(duì)應(yīng)的上游環(huán)節(jié)
支撐晶圓制造的上游可以分為晶圓制造材料和晶圓制造設(shè)備兩大塊，價(jià)值密度極高，部分關(guān)鍵核心技術(shù)是我國(guó)正在下大力氣尋求突破的領(lǐng)域。
第一，晶圓制造材料方面，需用到硅片(晶圓制造的基底材料)、光刻膠（885864）(與光刻機(jī)（886054）配合，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上的關(guān)鍵材料)、電子特種氣體(氧化、還原、除雜等)、光掩膜(為光刻提供圖案投射模板)等，其中EUV光刻膠（885864）、高純度電子級(jí)硅材料等關(guān)鍵材料技術(shù)門檻極高。
從市場(chǎng)結(jié)構(gòu)看，硅片、電子特氣和光掩膜占據(jù)了主要規(guī)模。
2024年半導(dǎo)體晶圓制造材料全球市場(chǎng)規(guī)模占比
資料來(lái)源：SEMI、中欣晶圓（002915）公開轉(zhuǎn)讓說(shuō)明書、開源證券研究所整理。
第二，晶圓制造設(shè)備方面，光刻機(jī)（886054）、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備等是重要組成部分，市場(chǎng)規(guī)模占比大、技術(shù)難度高、價(jià)值高，尤其是EUV光刻機(jī)（886054）全球僅荷蘭ASML公司能商用量產(chǎn)，全球先進(jìn)芯片廠(如臺(tái)積電（TSM）)均需依賴其EUV設(shè)備。
2024年半導(dǎo)體晶圓制造設(shè)備全球市場(chǎng)規(guī)模占比
資料來(lái)源：拓荊科技（688072），SEMI，方正證券（601901）研究所。
半導(dǎo)體（881121）芯片產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)繁多、覆蓋面廣，受限于篇幅，更多半導(dǎo)體（881121）芯片產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)注“一文貫通半導(dǎo)體（881121）芯片全產(chǎn)業(yè)鏈”下篇！
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