一文貫通半導體芯片全產業鏈（上）

半導體芯片產業鏈是個高度複雜且分工精細化的產業體系，按照上中下游的產業邏輯可劃分爲：

上游是半導體生產材料、生產設備及設計工具等支撐性領域。

中游是最爲核心的芯片製造環節，包括芯片設計、晶圓製造和封裝測試三大工序。

下游則是消費電子、計算機、汽車等芯片等終端應用方。

半導體芯片產業鏈示意圖

爲了大家更透徹地理解產業鏈，這次講解產業鏈我們不按從上游切入的慣例，而是從中游切入，先拆解芯片製造最核心的三個環節(芯片設計、晶圓製造、封裝測試)，再一一解析每個環節背後的上游支撐要素。

【中游環節1】芯片設計：給芯片“畫圖紙”

芯片設計，又被稱爲IC設計，這個環節就像是蓋房子前的設計規劃，設計好芯片的“施工圖紙”。

目前，芯片設計主流採用“自頂向下”的設計思路(Top-Down)，需要經過規格設計、架構設計、邏輯設計、物理設計四個關鍵步驟，但實際操作過程非常複雜，設計週期通常需要1-3年甚至更長的時間，要知道一顆 CPU裏集成的晶體管數量可達上百億級別，有極高的設計難度。

→芯片設計對應的上游環節

支撐芯片設計的上游主要是 EDA 軟件和 IP 服務。

EDA(電子設計自動化)軟件是芯片設計的必備工具，從集成電路的邏輯設計、仿真驗證到佈局佈線，均需依賴其完成，是設計效率的決定性因素，其全球市場被Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大廠商主導，雖然國內也有一些EDA企業，但市場份額較小，EDA軟件仍是半導體領域的“卡脖子”環節。

2024年全球EDA市場競爭格局

數據來源：TrendForce、中國銀河證券研究所整理。

IP 服務則是預先設計好的、可複用的設計模塊(如CPU核、高速接口IP等)，企業可直接通過採購並集成這些模塊來實現某項功能，能有效避免重複勞動、縮短設計週期。

【中游環節2】晶圓製造：硅片上“建城市”

如果說設計是 “畫圖紙”，那晶圓製造就是按圖施工“建城市”，將設計好的電路圖案轉移到晶圓上，通過一系列精密的工藝，打造出芯片的層層立體結構。

要在晶圓上造成芯片，首先需要製備晶圓，晶圓通常是指由高純度單晶硅製成的圓形薄片，需要將石英砂經過高溫提純、拉單晶硅、切割、化學機械拋光(CMP)等多個環節的處理，最終形成晶圓。

接下來便進入芯片前道工藝階段，這是芯片加工製造的核心環節，流程精密且複雜，大致步驟是：

1. 對晶圓表面進行氧化處理，形成一層二氧化硅保護膜；

2. 塗覆光刻膠，再通過光刻機將掩模上的電路圖案精準投射到晶圓表面；

3. 經刻蝕工藝去除未被光刻膠保護的材料；

4. 通過離子注入技術摻入雜質，構建PN結；

5. 之後採用薄膜沉積技術形成金屬互連層、絕緣層等薄膜層。

上述步驟需循環數十次甚至上百次，中間還需要多次清洗、拋光。整個晶圓製造步驟就像建房子一樣，一層層建上去，最終搭建起復雜的立體架構。

已完成前道工藝的晶圓示意圖

→晶圓製造對應的上游環節

支撐晶圓製造的上游可以分爲晶圓製造材料和晶圓製造設備兩大塊，價值密度極高，部分關鍵核心技術是我國正在下大力氣尋求突破的領域。

第一，晶圓製造材料方面，需用到硅片(晶圓製造的基底材料)、光刻膠(與光刻機配合，通過化學反應將掩膜版上的圖形轉移到硅片上的關鍵材料)、電子特種氣體(氧化、還原、除雜等)、光掩膜(爲光刻提供圖案投射模板)等，其中 EUV光刻膠、高純度電子級硅材料等關鍵材料技術門檻極高。

從市場結構看，硅片、電子特氣和光掩膜佔據了主要規模。

2024年半導體晶圓製造材料全球市場規模佔比

資料來源：SEMI、中欣晶圓公開轉讓說明書、開源證券研究所整理。

第二，晶圓製造設備方面，光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備等是重要組成部分，市場規模佔比大、技術難度高、價值高，尤其是EUV光刻機全球僅荷蘭ASML公司能商用量產，全球先進芯片廠(如臺積電)均需依賴其EUV設備。

2024年半導體晶圓製造設備全球市場規模佔比

資料來源：拓荊科技，SEMI，方正證券研究所。

半導體芯片產業鏈的環節繁多、覆蓋面廣，受限於篇幅，更多半導體芯片產業鏈的內容，敬請關注“一文貫通半導體芯片全產業鏈”下篇！

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