半导体产业是电子信息产业的核心,是国家战略性产业。根据上下游产业逻辑,可分为:
上游:生产材料、生产设备及设计工具等支撑性领域;
中游:芯片制造环节,包括芯片设计、晶圆制造和封装测试三大工序,是整个产业链的核心;
下游:消费电子、计算机、汽车等终端应用方。

一、上游产业
1. 支撑芯片设计的上游主要是 EDA 软件和 IP 服务
(1)EDA软件
EDA(电子设计自动化)软件是芯片设计的必备工具,从集成电路的逻辑设计、仿真验证到布局布线,均需依赖其完成,是设计效率的决定性因素,其全球市场被Synopsys、Cadence、Siemens EDA三大厂商主导,虽然国内也有一些EDA企业,但市场份额较小,EDA软件仍是半导体领域的“卡脖子”环节。
(2)IP服务
IP 服务则是预先设计好的、可复用的设计模块(如CPU核、高速接口IP等),企业可直接通过采购并集成这些模块来实现某项功能,能有效避免重复劳动、缩短设计周期。
2. 晶圆制造对应的上游环节
支撑晶圆制造的上游可以分为晶圆制造材料和晶圆制造设备两大块,价值密度极高,部分关键核心技术是我国正在下大力气寻求突破的领域。
(1)材料
需用到硅片(晶圆制造的基底材料)、光刻胶(与光刻机配合,通过化学反应将掩膜版上的图形转移到硅片上的关键材料)、电子特种气体(氧化、还原、除杂等)、光掩膜(为光刻提供图案投射模板)等,其中 EUV光刻胶、高纯度电子级硅材料等关键材料技术门槛极高。
(2)设备
晶圆制造设备方面,光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等是重要组成部分,市场规模占比大、技术难度高、价值高,尤其是EUV光刻机全球仅荷兰ASML公司能商用量产,全球先进芯片厂(如台积电)均需依赖其EUV设备。
二、中游产业
1、芯片设计
目前,芯片设计主流采用“自顶向下”的设计思路(Top-Down),需要经过规格设计、架构设计、逻辑设计、物理设计四个关键步骤,但实际操作过程非常复杂,设计周期通常需要1-3年甚至更长的时间,要知道一颗 CPU里集成的晶体管数量可达上百亿级别,有极高的设计难度。
2、晶圆制造
要在晶圆上造成芯片,首先需要制备晶圆,晶圆通常是指由高纯度单晶硅制成的圆形薄片,需要将石英砂经过高温提纯、拉单晶硅、切割、减薄、研磨、倒角、抛光(化学、机械)等多个环节的处理,最终形成晶圆。
接下来便进入芯片前道工艺阶段,这是芯片加工制造的核心环节,流程精密且复杂,大致步骤是:
(1)对晶圆表面进行氧化处理,形成一层二氧化硅保护膜;
(2)涂覆光刻胶,再通过光刻机将掩模上的电路图案精准投射到晶圆表面;
(3)经刻蚀工艺去除未被光刻胶保护的材料;
(4)通过离子注入技术掺入杂质,构建PN结;
(5)采用薄膜沉积技术形成金属互连层、绝缘层等薄膜层。
上述步骤需循环数十次甚至上百次,中间还需要多次清洗、抛光。整个晶圆制造步骤就像建房子一样,一层层建上去,最终搭建起复杂的立体架构。
一、下游产业
包括消费电子、计算机/服务器、网络通信、汽车、工业、医疗、军事/航空航天等终端应用。