丽水市特色半导体产业链提升方案（2024年版）

丽水市现代化生态经济体系高质量发展领导小组力公室文件

丽经济高质办〔2024］21号

丽水市现代化生态经济体系高质量发展领导小组办公室关于印发《丽水市特色半导体产业链提升方案（2024年版）》的通知

市现代化生态经济体系高质量发展领导小组各成员单位，市委人才办、市发改委、市科技局、市人力社保局、市财政局、市双招双引办：

《丽水市特色半导体产业链提升方案（2024年版）》已由市经信局编制完成，经专家评审后，修改完善定稿。现印发给你们，请结合《丽水市生态工业五大主导产业集群（1315特色产业链）“链长制”工作方案》抓好落实。

丽水市特色半导体产业链提升方案（2024年版）

目录

1.1半导体产业的概念
1.2半导体产业的分类
1.3半导体产业技术路线 10
1.4半导体产业主要工艺
1.5半导体产业链构成 30

第二章 半导体产业的现状与发展趋势 38

2.1国际半导体产业的现状与发展趋势 38
2.2国内半导体产业的现状与发展趋势 61
2.3国内半导体产业的空间布局 95
2.4国内半导体产业的发展规划
2.5国内外龙头企业情况 17
2.6关联的主要大院名校及创新创业人才（团队）情况12:

第三章丽水半导体产业发展现状 .139

3.1丽水半导体产业发展现状 .139
3.2丽水半导体企业情况 .149
3.3丽水半导体产业发展存在的问题 .155

第四章 丽水半导体产业链提升方案 ..158

4.1发展定位 158
4.2主要目标 159
4.3丽水半导体产业未来发展方向 .161
4.4重点任务. 165
4.5保障措施 177
附件1：半导体产业相关术语解释 .182
附件2：丽水半导体产业鱼骨图分布 .186
附件3：丽水半导体规上企业汇总表与空间分布 .187
附件4：丽水市半导体落地项目汇总表 .193
附件5：丽水半导体企业招商地图和招商目录 .200

图目录

图 1-1-1 半导体产业链.
图 1-2-1 半导体产品分类.
图 1-2-2常见的数字芯片
图 1-2-3常见的模拟芯片
图 1-2-4常见的分立器件
图 1-2-5常见的光电器件.
图 1-2-6 传感器的分类... .10图 1-3-1 硅基集成电路制程技术演进 11图 1-3-2传感器的技术发展路线 .16图 1-4-1 半导体完整制造工艺流程 .18图 1-4-2 晶圆制造工艺流程图... ..19图 1-4-3氧化工艺种类.. .22图 1-4-4 光刻工艺基本流程 23图 1-4-5 刻蚀工艺分类. .24图 1-4-6 薄膜沉积工艺分类 .25图 1-4-7掺杂工艺原理图... .27图 1-4-8 半导体封测工艺流程图 .28图 1-5-1 半导体全产业链图. .31图 1-5-2半导体材料思维导图 .32图 1-5-3 2022 年全球半导体下游应用需求结构. ..36
图 2-1-1 部分世界市场调研机构对 2024 年半导体市场规模增速
的预测. ..40
图 2-1-2 2023年全球半导体市场地区分布 .41
图 2-1-3 2023年各类别半导体产品占全球半导体市场整体份额.43
图 2-1-4 2021-2026年全球各主要半导体产品销售额复合年均增
长率... ... 44
图 2-1-52013-2022年全球集成电路设计业销售规模（单位：亿
美元）. .45
图 2{-}1{-}6\ \ 201 3{-}2 022 年全球晶圆代工市场规模. ..46
图2-1-72013-2022年全球半导体封测市场规模（0SAT）47
图 2-1-8 2022-2028年全球半导体封装业结构. .48
图 2-1-92013-2022年全球半导体设备市场规模及增长率49
图 2-1-10 2013-2023年全球半导体材料市场规模及增长率52
图2-2-12013-2022中国半导体产业规模及增长情况...61
图 2-2-2 2013-2023年中国集成电路产业销售额增长情况63
图 2-2-3 2013年-2023年中国集成电路产品产量增长情况63
图 2-2-42013年-2023年中国进口集成电路金额及增长情况...64
图2-2-52013-2023年中国芯片设计业销售规模 ...65
图 2{-}2{-}6\ \ 201 3{-}2 02 3 年中国晶圆制造市场规模统计...66
／跆（//）衣厂
比情况 67
图 2-2-82013-2023年中国集成电路封测行业市场规模...70
图 2-2-9中国半导体分立器件产业链全景图. .71
图2-2-102013-2022年中国半导体分立器件市场规模..72
图 2-2-11 2013-2022年中国半导体分立器件产量.. ...73
图 2-2-12我国半导体分立器件市场格局. ..74
图2-2-13MEMS传感器工作原理分类... ..75
图 2-2-14 2017-2022 年中国 MEMS 市场规模统计.. ..76
图 2-2-152022年中国 MEMS 市场应用结构情况. ..77
图 2-2-162013-2022年中国大陆半导体材料市场规模及占全球
比重.... ..82
图 2-2-172013-2022年中国集成电路晶圆制造业材料市场规模
及增长情况. .83
图 2-2-182015-2022年中国半导体硅片和硅基材料市场规模..84
图 2-2-19 2013-2022年中国半导体国产设备销售收入规模及增
长情况. .90
图 2-3-1中国半导体产能分布图， .96
图 2-3-2 2022年我国各区集成电路设计业销售收入及占比情况.97
图 2-3-32013年-2022年上海市集成电路产业销售收入增长情
况 .98
图 2-3-4 2013年-2022年江苏省集成电路产业销售收入增长情
况 .100
图 2{-}3{-}5\;\;\;2 01 7{-}2 02 2 年度江苏省集成电路产品数量及增长情况.101
图 2-3-6 2016年-2022年深圳市集成电路产业销售情况104
图 2-3-7 2013年-2022年北京市集成电路产业销售收入增长情
况 .106
图 2-3-8 2015年-2022年陕西省半导体产业销售收入增长情况.110
图 3-1-1丽水市半导体规上企业县域分布情况 .140
图3-1-2丽水特色半导体产业链招引项目环节分布图...142
图 3–1–3~2019–2023 年丽水半导体全链条产值及占规上工业产值
比例情况 .144

表目录

表1-4-·1晶圆加工工艺流程及所需设备和材料...20
表1-4--2半导体封测工艺流程及所需设备和材料...29
表 2-1-12021-2023年全球半导体市场规模... ...38
表2-1--22022-2024年全球半导体市场地区分布...40
表2-1--32022-2024年全球半导体市场产品结构...42
表2-1-4全球T0P10半导体设备厂商.. ...49
表2-1-5世界主要半导体材料重点企业... ..52
表 2-2-1封装与测试环节功能... ...8
表 2-2-2集成电路测试主要内容... .69
表2-2-3中国半导体分立器件重点企业 ..7.
表2-2-4中国MEMS传感器行业重点企业情况.. ...7.7
表2-2-5中国湿电子化学品竞争格局 ..87
表2-2--62023中国半导体设备企业销售收入十强...91
表2-3-12022年浙江省集成电路产业销售收入情况...99
表2-3-22022年安徽省集成电路产业销售收入情况...102
表2-3-32022年广东省集成电路产业销售收入情况....103
表2-3-42022年北京市集成电路产业销售收入情况....106
表2-3-52022年天津市集成电路产业销售收入情况...108
表 2{-}3{-}6\ \ 2022 年陕西省集成电路产业销售收入情况...110
表 2-4-1国家层面有关半导体行业的规划和政策解读...111
表 2-4-2 省市层面有关半导体行业的规划和政策重点内容
解读. 115
表 2-5-1 2023年世界集成电路设计(FabLess）前十大企业
营收排名 117
表 2-5-22022年世界半导体晶圆代工前十大企业情况...120
表 2-5-3 2023年世界集成电路封测代工(OSAT)前十大企业
企业排名 121
表 2-5-4中国重点设计企业列表 .123
表 2-5-5国内重点晶圆制造企业 .125
表 2-5-6 2023年中国本土集成电路封测代工企业营收排名12
表 3-1-1丽水半导体产业主要科研机构 .145

第一章半导体产业概述

1.1半导体产业的概念

半导体（Semiconductor）狭义上是指半导体材料，即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。包括以硅（Si)、锗（Ge)等元素半导体（也是第一代半导体材料），和以砷化镓（GaAs）氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化镓（ Ga_{2}O_{3} ）等化合物半导体材料（第二代至第四代半导体材料）。半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路，促进了现代信息社会的飞速发展。

半导体产业是指以半导体材料为基础，通过设计、制造和应用半导体器件的产业，及其相关的上游设备制造及下游器件应用产业，如图1-1-1所示。半导体器件是现代电子技术的基础，广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车、医疗设备等各个领域。

半导体全产业链：设计—制造—封装
图 1-1-1 半导体产业链

芯片是半导体产业的核心产品，中国一直是芯片消费第一大国，以2023年为例，中国进口芯片数量为4795.6亿颗，进口总额24590.7万亿人民币，缺“芯”问题一直困扰着中国，关系我国科技自立自强。近年来，我国在推动以集成电路为核心的半导体产业上作出了战略部署，国务院出台的《中国制造2025》国家行动纲领中将新一代信息技术产业列为“十大重点发展领域”之一，先后出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》和《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，促进集成电路产业优化发展。此外，国家还成立了中国集成电路产业投资基金（CICIIF），战略性地向集成电路相关设备材料、制造、设计、封测等全产业链投资，有力地推动了我国半导体产业的发展。因此，半导体产业发展顺应国家战略之需。面对国外长期技术封锁，我国半导体从业人员经过多年不懈努力，使我国半导体产业逐渐蓬勃发展，半导体技术得以不断突破和沉淀，使我国半导体技术逐步走向世界前列水平，我国也从半导体产品进口大国逐步转变为半导体产品出口大国。

1.2半导体产业的分类

半导体产业的划分有着多种不同的分类标准，常见是按照半导体产品分类，半导体产品类型繁多，通常按照WSTS（世界半导体贸易统计组织)统计数据分类，可分为集成电路、分立器件、光电器件、传感器共4大类，如图1-2-1所示。

图 1-2-1 半导体产品分类

1.2.1集成电路

集成电路（integratedcircuit，IC）是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构，也叫做芯片。其占据行业规模的八成以上，被广泛应用于5G通信、计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、物联网等产业，是绝大多数电子设备的核心组成部分。

集成电路又可以根据功能和应用的不同，进一步划分为模拟集成电路和数字集成电路。其中数字集成电路是对离散的数字信号进行算术和逻辑运算的集成电路，其基本组成单位为逻辑门电路，包括逻辑芯片、微处理器和存储芯片三大类，如图1-2-2所示。（1）逻辑芯片，广义上可以是所有采用逻辑门的大规模集成电路，这里主要是指仅包含逻辑运算能力的集成电路，包括以CPU、GPU为代表的通用计算芯片、专用芯片（ASIC等)和FPGA等。（2）存储芯片，主要承担数据存储功能，包括易失性存储和非易失性存储，易失性存储主要以随机存取器RAM为主，使用量最大的为动态随机存储DRAM；非易失性存储较为常见的是 NOR Flash 与 NAND Flash。NOR Flash 的读取速度较快，被广泛用于代码存储的主要器件，NAND Flash 则在高容量时具有成本优势，是目前SSD固态硬盘的主要存储介质。（3）微处理器（MIPU），主要是指将计算、存储等多种功能封装成一个芯片之上的微控制单元。

模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路，常见的模拟集成电路如图1-2-3所示。

图 1-2-3常见的模拟芯片

1.2.2分立器件

分立器件，是相对于集成电路而言的半导体另一大产品分支。分立器件早于集成电路出现，至今仍然被广泛地应用在消费电子、计算机、通信、汽车电子等领域。分立器件可分为普通二极管、三极管、以电容/电阻/电感为代表的三大被动元件和占据分立器件主要地位的功率器件。功率器件主要包括功率二极管、晶管、功率晶体管等类型。其中，功率晶体管还可细分为双极结型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（FET）、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等多种类型，主要用于放大器、大功率半导体开关和逆变器等场景。

图 1-2-4 常见的分立器件

1.2.3光电器件

光电器件，主要是指利用光电效应设计的功能器件，可大致分为光电导器件、光伏打器件、发光器件和受光器件。光电导器件包括光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，其中光电二极管是构成CCD 和CMOS图传感器的基本单元。光伏打器件是利用光电效应进行工作的半导体器件，主要包括光电池、光电检测器件与光电控制器件等。发光器件，主要包括发光二极管（LED)和半导体激光器（LD）。LED按化学性质又分有机发光二极管（OLED）和无机发光二极管，最初用于仪器仪表的指示性照明，后来用作文字或数字显示，近些年又发展出mini-LED和micro-LED 等新技术。半导体激光器，也称激光二极管（LD），可分为同质结、单异质结、双异质结等几种类型，主要用作光通信、光存储、光陀螺、光印、测距以及雷达等领域。半导体激光器可以按照材料、波长、功率、发方式等多种维度分类，其中

VCSEL激光器得益于3D光方案（苹果FaceID采用的方案）和iDAR等下游应用场景的拓展而在近几年市场规模快速发展。受光器件，即接受光信号转换为电信号的光电器件，主要包括图传感器、红外接收器、光电倍增管等产品，在下游应用产品中通常与发光器件集成在一起使用。

图 1-2-5 常见的光电器件

1.2.4传感器

根据国家标准GB/T7665-2005的定义，传感器指能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，它能够侦测环境中所发生的事件或变化，并将此消息传送至其他电子设备（如中央处理器），通常由敏感元件和转换元件组成，一般包含传感单元、计算单元和接口单元。传感器种类繁多，根据测量用途不同可将其分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体传感器、光学传感器和惯性传感器等，如图1-2-6 所示。

图 1-2-6 传感器的分类

1.3半导体产业技术路线

1.3.1集成电路的技术路线

早期的硅基集成电路工艺以双极型工艺为主，不久之后，则以更易大规模集成的平面金属-氧化物-半导体（MOS）工艺为主流。MOSFET由于具有高输入阻抗、较低的晶态功耗等优异性能，以及极高的可集成度而成为现代集成电路工艺的主流。为了使得MOSFET获得更快的速度，人们开发出了双极互补金属-氧化物-半导体（BiCMOS）集成电路，其融合了双极型集成电路和CMOS集成电路两者的优点。主流的CMOS工艺不断地缩小尺寸，从几微米到 0.18\upmum 工艺节点再到 10nm 工艺节点，器件的性能也不断提高。然而持续缩小的MOS器件，其电学性能因受到短沟道效应（ShortChannelEffect，SCE）的影响而变得愈加难以控制，导致器件的亚阈值特性变差、泄漏电流变大等一系列问题。为了有效抑制短沟道效应的影响，必须开发栅控能力更强的新型器件结构，提出了鳍式场效应晶体管（FinFET）和绝缘体上硅（SOI）两项集成电路技术，相继发展的多栅结构可进一步提高器件的栅控能力。目前鳍式场效应晶体管工艺已经成为28nm 以下技术节点的主要技术，并广泛地应用于CPU、微处理器、存储器、SoC等集成电路产品。此外，鳍式场效应晶体管正在更进一步地向 7nm及5nm工艺节点迈进。集成电路制程演进图如1-3-1所示。

图 1-3-1 硅基集成电路制程技术演进

集成电路技术将向四个方向发展:一是“MoreMoore”（延续摩尔)，经典CMOS将走向非经典CMOS，半节距继续按比例缩小，并采用薄栅、多栅和围栅等非经典器件结构。二是“More thanMoore”(扩展摩尔)，将不同工艺、不同用途的元器件，如数字电路、模拟器件、射频器件、无源元件、高压器件、功率器件、传感器件、MEMS/NEMS乃至生物芯片等采用封装工艺集成，与非经典CMOS 器件结合形成新的微纳系统 SoC或 SiP。三是“Beyond Moore”（超越摩尔)，即组成集成电路的基本单元是采用自组装（BottomUp）方式构成的量子器件、自旋器件、磁通量器件、碳纳米管或纳米线器件。四是“Much Moore”（丰富摩尔)，随着微纳电子学、物理学、数学、化学、生物学、计算机技术等学科和技术的高度交叉、融合，从而有新的发现，形成新的科学技术突破，有可能建立全新形态的信息技术学科及其产业。

王阳元院士在其著作《绿色微纳电子学》中指出了今后微纳电子学科的努力方向：“未来集成电路产业和科学技术发展的驱动力是降低功耗，不再仅以提高集成度即减小特征尺寸为技术节点，而以提高器件、电路与系统的性能/功耗比作为标尺。”在新器件的设计方面，主要研究方向是低功耗设计技术、系统级设计技术以及新型通用处理器平台技术。在制造工艺方面，主要研究方向有EUV、计算光刻技术(Computational Lithography)、多电子束直写技术（Multi-e-Beam Direct Write）和纳米压印光刻技术(Nano Imprint Lithography，NIL)。封装技术的发展方向是多功能集成的系统级封装（SiP)，主要技术方向是3D封装，包括封装堆叠、芯片堆叠、硅通孔技术与硅基板技术。

1.3.2分立器件的技术路线一、分立器件技术的发展阶段

分立器件技术的演进历史可以从几个关键的时间节点和发展阶段来梳理。首先，1947年贝尔实验室制成了第一只晶体管，这标志着半导体元器件发展的开始。随后，1958年出现了集成电路的概念，这是将多个分立元件集成在同一个半导体晶片上的电路，这一发明极大地推动了电子技术的发展。到了1969年，大规模集成电路（MCU）开始出现，进一步提高了电子设备的性能和可靠性。半导体分立器件的演进路径基本为二极管 \rightarrow 晶闸管 \rightarrowMOSFET\rightarrowIGBT ,其中IGBT是功率半导体新一代中的典型产品。这一演进过程体现了从简单的电子元件到复杂、高效能的功率半导体器件的转变。总的来说，分立器件技术的发展阶段可以概括为以下几个重要时期：

1.早期阶段：这一阶段主要以真空管和电子管为主，这些器件是电子工业的开创者，它们通过控制真空中电子的运动来实现电路的功能。然而，由于其体积庞大、耗电量大以及可靠性不高等问题，这些器件在第二次世界大战后逐渐被更先进的技术所取代。

2.晶体管的引入和发展：随着晶体管的发明和应用，电子工业进入了新的发展阶段。晶体管相比真空管有着体积小、耗电量低、可靠性高等优点，这使得电子设备更加便携和高效。晶体管的出现标志着从电子管到集成电路过渡的重要一步。

3.分立器件的广泛应用：在集成电路技术尚未成熟之前，传统的分立电路多以导线连接独立的电路元件而构成。这一时期，每个晶体管都采用单独的塑料封装，每个电路由分立的晶体管、电容器和电阻器组成。

4.功率半导体分立器件：功率半导体分立器件的发展经历了几个重要阶段，包括以晶闸管为核心的第一阶段、以MOSFET和IGBT为代表的第二阶段，以及现在正在进入的以宽禁带半导

体器件为核心的新发展阶段。

二、分立器件技术的发展趋势

当前分立器件技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：

1.市场规模持续增长：近年来，随着科技的进步和应用领域的扩大，半导体分立器件行业的市场规模持续增长。2023年，中国半导体分立器件行业的市场规模了127.41亿美元，显示出良好的发展势头。

2.封装技术向片式器件发展：分立器件封装技术的发展趋势是向着片式器件方向发展，这表明未来分立器件将更加小巧、高效，以适应更广泛的应用需求。

3.SiC材料的广泛应用：SiC（碳化硅）材料在功率器件领域的渗透率不断提升，预计将在新能源汽车等领域带来更高的成长。这意味着 SiC相关的分立器件技术将成为未来发展的重要趋势之一。

4.技术创新与产品升级：技术创新是推动分立器件行业发展的重要因素。例如,硅光技术的发展使得集成更多器件成为可能，这对于提高产品的性能和降低成本具有重要意义。

5.高集成度产品的开发：相对于传统的分立器件，高集成度产品因其更高的性能和效率而受到市场的青睐。这要求分立器件厂商不断提升技术水平，以满足市场对高性能、低功耗产品的需求。

6.国家政策支持：受益于国家产业政策的支持，新兴产业如物联网、可穿戴设备等领域的快速发展为分立器件行业提供了新的增长点。这些政策不仅促进了传统行业的升级改造，也为分立器件行业的发展提供了有力的支撑。

1.3.3传感器的技术路线

目前，人类社会已步入智能化时代，智能化特指机器或系统所展现的高级智慧，这涵盖了认知、学习、记忆和判断能力等多方面能力。在这一进程中，智能感知系统扮演着至关重要的角色。智能感知系统旨在通过技术手段感知外部环境，进而实现认知、决策与执行。智能感知系统的构成主要包含“感知”、“计算”及“执行”三个子系统，并通过“通信”实现各子系统间的连接与功能协同。其中，“感知”子系统，即感知技术，其核心功能的实现主要依赖于传感器。传感器将现实世界的信号，转换为数字计算机可以理解的信号，就像各种感官系统在人类感受物理世界过程中发挥的功能一样。传感器是计算机感受和理解现实世界的第一步，是实现自动检测和自动控制的首要环节，是“智能化”时代的重要基础设施。

图 1-3-2 传感器的技术发展路线

传感器的发展历史是一部在性能和成本之间选择的历史。各种传感器技术路径适用于不同场景。其发展可分为以下阶段:

机械化时代（人类出现-1870年前后）：出现最早的机械式传感器，如指南车、骨尺等，主要利用机械结构和运动原理，应用于方向、长度等检测。

电气化时代（1870年-1940年）：最早的电气式传感器出现,如热电偶、磁电偶等，利用电学效应和电路原理，应用于温度、电流等检测。

半导体化时代（1940年-1970年）：半导体式传感器出现,如半导体热电偶、PN结温度传感器等，利用半导体和集成电路技术，应用于温度、光强等检测。

微机械化时代（1970年-2010年）：微机械式（MEMS）传感器出现，如微机械陀螺仪、微机械加速度计等，利用微机械和微加工技术，应用于角速度、加速度等检测。

智能化时代（2010年至今）：智能式传感器出现，集成功能丰富，提升测量性能，并开始集成计算能力，实现边缘计算。此阶段传感器成为智能化系统的一部分，不仅内部性能提升，外部连接与应用也持续拓展。

总结起来，传感器在发展过程中体现出的主要趋势是多功能化、高性能化、低成本化、微型化，这也将是未来传感器的主要发展方向。

1.4半导体产业主要工艺

半导体产业工序复杂，每个半导体产品的制造都需要许多工艺，整个工序可以分为芯片设计、晶圆制造、集成电路制造、封装测试，如图1-4-1所示。从开始设计到产品最终落地需要数十道工序。简要来说，首先根据需求对产品进行设计，制作出符合要求的产品。在制造的环节中，以通过各种处理之后的硅片为基础根据制作好的光罩进行刻蚀，制作出所需要的电路。最后进行封装测试，由于芯片体积小而薄，需要安装合适的外壳加以保护，以便人工安装在集成电路板上,封装完成的芯片通过性能测试后，便完成了完整的生产过程。

图 1-4-1 半导体完整制造工艺流程

1.4.1半导体制造工艺

一、晶圆制造工艺

半导体制造工艺的首要环节是晶体生长，其目的在于制备出高纯度、高结晶性的单晶硅材料。在这一环节中，直拉法作为主流的生长技术，通过采用高纯度的硅作为原料，在精密控温的炉内实现熔化过程。随后，将硅种子晶缓慢插入熔化的硅中，并以恒定的速度拉出，使得单晶硅在种子晶上逐渐生长。这一过程需严格把控，以确保生长出的晶体具备恰当的晶体方向及较低的晶体缺陷率。完成生长后的大尺寸单晶硅锭，需进一步切割成薄片，这些薄片即称为晶圆。硅锭的直径决定了晶圆的尺寸，常见的有150毫米（6英寸）、200毫米（8英寸）及300毫米（12英寸）晶圆。晶圆厚度的减薄有助于降低制造成本，而直径的扩大则意味着每个晶圆能生产更多的半导体芯片。切割过程通常采用内外圆切割机，并利用多线切割法进行操作。完成切割后，晶圆会经历化学机械抛光处理，以确保晶圆表面的平整度和清洁度，为后续的工艺步骤做好准备。

图 1-4-2 晶圆制造工艺流程图

以硅晶圆抛光片制造举例，开始是从大自然丰富的二氧化硅原料中提纯制造出高纯多晶硅（主要是西门子法），再通过区熔或直拉法生产出区熔单晶或直拉单晶硅，进一步形成硅片、抛光片、外延片等。直拉法生长出的单晶硅，用在生产低功率的集成电路元件。而区熔法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。约 85% 的硅片由直拉法生产， 15% 的硅片由区熔法生产。

工业生产中对硅的需求主要来自于两个方面：半导体级和光伏级。半导体级单晶硅和光伏级单晶硅在加工工艺流程中存在着一些差异，半导体级单晶硅的纯度远远高于光伏级单晶硅。半导体级单晶硅片的加工工艺流程：单晶生长 \rightarrow 头尾切断 \rightarrow 外径滚磨\rightarrow 定向 \rightarrow 切片-激光标识-倒角 \rightarrow 研磨-腐蚀--抛光 \rightarrow 清洗 \rightarrow 包装，如图 1-4-2所示。从切片开始每个工序完成以后都要进行清洗，越到后期工序清洗要求越高，最后杂质要求和颗粒度达到要求。有的工艺为了处理背部损伤缺陷还需要进行背部处理包括背部喷砂吸杂，背部沉积多晶硅或者氮化硅等工艺。有的硅晶圆在发货到客户之前进行氧化，氧化层可以保护晶圆表面，防止划伤和污染。还有的客户要求淀积顶层硅的晶圆，例如硅外延，其他的晶圆例如在金刚石的绝缘体上淀积硅等。

二、晶圆加工工艺

晶圆制作好以后，需要对其进行氧化、光刻、刻蚀、掺杂（扩散）、薄膜沉积等一些操作后在进行封装测试才能行形成半导体产品，具体流程所需的设备和材料如表1-4-1所示。

1.氧化工艺

半导体的制程工艺是从底层开始的复杂过程，其过程不是简单地堆积物质，而是需要对形状各异的物质进行多道处理，如削减多余部分，为需要的部分裹上特定物质等。过程中使用反应性强的化学物质时，需避免与不应接触的部分接触，以防影响制造进程。此外，半导体内有些物质接触会引发短路。因此，需进行氧化工艺，生成隔离膜，防止短路。氧化工艺在硅晶圆上生成保护膜，即氧化硅层，通常在热氧化炉中通过加热硅与氧气反应形成。这层氧化硅可作为后续工艺的掩膜层或电子器件的电绝缘层，防止物质穿透和阻止电路间电流流动。

图 1-4-3氧化工艺种类

氧化工艺可分为干法氧化、湿法氧化和自由基氧化三大类，如图1-4-3所示。

湿法氧化采用晶圆与高温水蒸气反应的方式生成氧化膜，化学方程式为：Si(固体) +2H_{2}O （气体) \toSiO_{2} （固体） +2H_{2} （气体)。湿法氧化虽然氧化膜生长速度快，但其氧化层整体的均匀度和密度较低。而且，反应过程中还会产生氢气等副产物。由于湿法氧化过程的特性难以控制，在对半导体性能而言至关重要的核心领域中无法使用该方法。

干法氧化则采用高温纯氧与晶圆直接反应的方式。氧分子比水分子重，渗入晶圆内部的速度相对较慢。因此，相比湿法氧化，干法氧化的氧化膜生长速度更慢。但干法氧化的优点在于不会产生副产物，且氧化膜的均匀度和密度均较高。正是考虑到这种优点，我们在生成对半导体性能影响重大的栅极氧化膜时，会选用干法氧化的方式。

自由基氧化与前两种不同，湿法与干法氧化都是通过提高自然气体的温度来提升其能量，从而促使气体与晶圆表面发生反应。自由基氧化则多一道工艺，即在高温条件下把氧原子和氢分子混合在一起，形成化学反应活性极强的自由基气体，再使自由基气体与晶圆进行反应。由于自由基的化学活性极强，自由基氧化不完全反应的可能性极小。因此，相比干法氧化，该方法可以形成质量更好的氧化膜。

2.光刻工艺

金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的技术革新，使得在同一晶圆面积内能够集成更多的晶体管。随着MOSFET尺寸的缩小，其单个功耗降低，且同一晶圆面积内能够生产并激活更多的晶体管。因此，制造更小尺寸的MOSFET至关重要，而制造精细电路所需的就是光刻工艺。

图 1-4-4 光刻工艺基本流程

光刻工艺的第一步就是涂覆光刻胶。光刻胶经曝光后化学性质会发生变化。根据光反应性的区别，光刻胶可分为两种：正胶和负胶，前者在受光后会分解并消失，从而留下未受光区域的图形，而后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来。

如果直接用激光照射整个晶圆，那么光刻胶的所有部分都会发生质变，所以需要使光源通过特定形状的母版，再照射到晶圆上，这个母版就叫掩模版。光源通过掩模版照射到晶圆上，即可将掩模版的图案转印到晶圆上。在晶圆上绘制图形后，还要经显影处理，即在曝光后，除去曝光区光刻胶化学性质发生变化的部分。

简言之，光刻工艺可以概括为使光源通过掩模版照射到涂敷光刻胶的晶圆表面，以将掩模版图形转印到晶圆上的工艺。

3.刻蚀工艺

刻蚀工艺是指基于光刻形成的电路图案，利用液体、气体或等离子体有选择地去除未涂有光刻胶层区域，只留下半导体电路图，形成线路、器件、连接等功能形态。

图 1-4-5 刻蚀工艺分类

刻蚀也像氧化工艺一样，分为湿刻蚀和干刻蚀。“湿”刻蚀意味着将晶圆“浸入液体后捞出”，速度快且选择性好，但只能进行等向性刻蚀，精度不足。相比之下，“干”刻蚀采用气体进行刻蚀，包括等离子刻蚀、溅射刻蚀和反应性刻蚀等多种工艺，可实现非等向性（物理反应）和等向性刻蚀（化学反应），更加灵活。刻蚀工艺需结合物理和化学方法以形成微细图案，通过调节参数如气体比例、温度、电场强度和气压等，确保晶圆上数千亿个晶体管具有相同图形。

4.薄膜沉积工艺

半导体核心元件层与布线层厚度只有头发的数千分之一，想堆叠如此微细的元件和布线层，就需要沉积超薄且厚度极均匀的薄膜。

图 1-4-6 薄膜沉积工艺分类

沉积工艺可分为化学气相沉积(CVD）物理气相沉积(PVD)和原子层沉积（ALD）。

CVD是指通过化学方法在晶圆表面沉积涂层的方法，一般是通过给混合气体施加能量来进行。CVD 的优点是速率快，且由于在晶圆表面发生化学反应，拥有优秀的台阶覆盖率。其缺点是产生副产物废气。在半导体制程中，很难将这些废气完全排出，难免会掺杂些不纯物质。因此，CVD多用于不需要精准把控材料特性的沉积涂层，如沉积各种消耗性的膜层（硬掩模）或各种厚绝缘薄膜等。

PVD则会向晶圆表面直接轰击要沉积的材料。在这种方法中，我们先向靶材轰击离子束（主要采用惰性气体），使物质粒子溅射出来，再将脱落的粒子转移至硅片表面，并形成薄膜。PVD的优点是无副产物，沉积薄膜的纯度高，且还可以沉积钨（W）、钴（Co）等无反应能力的纯净物材料。因此，多用于纯净物的金属布线。

原子层沉积（ALD）与化学沉积有相似之处，但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。ALD的最大优势在于沉积层极均匀的厚度与优异的台阶覆盖率。但由于单原子层的沉积过程必须逐一进行，导致了沉积速率相对较慢。因此，ALD 多用于DRAM电容器等纵横比高，需要高质量膜层的区域。

5.掺杂工艺

掺杂是将一定数量的杂质掺入到半导体材料的工艺，是为了改变半导体材料的电学特性，从而得到所需的电学参数。掺杂的方法主要有扩散和离子注入，两种方法在分立器件或集成电路中都有用得到，并且两者可以说是互补的，比如说，扩散可应用于形成深结，离子注入可形成浅结。

图 1-4-7 掺杂工艺原理图

热扩散技术：对于施主或受主杂质的掺入，需要进行高温热扩散。因为这些杂质原子半径大,难以直接进入半导体晶格间隙，只有晶体中出现空位时，它们才能占据空位进入晶体。为了产生大量空位，必须对晶体加热，加剧原子热运动，使原子获得足够能量离开晶格位置，留下空位（与此同时产生等量的间隙原子，空位和间隙原子统称为热缺陷），从而使原子扩散系数随温度升高而指数式增大。对于Si晶体，形成大量空位所需的温度约为1000 °C ，即热扩散的温度。

离子注入技术：为了使施主或受主杂质原子成功进入到晶体之中，首先需要将杂质原子电离成离子，并通过强电场进行加速，使其获得足够的动能。随后，这些离子将直接轰击晶体，通过“挤压”的方式进入晶体内部，这一过程被称为“注入”。在离子注入技术掺杂过程中，不可避免地会产生许多晶格缺陷，并导致部分原子位于间隙位置。因此，半导体在经历离子注入后，必须经过退火处理，以消除这些缺陷并激活杂质原子。

1.4.2半导体封测工艺

封装是指将生产加工后的晶圆进行切割、键合、塑封等工序，使电路与外部器件实现连接，并为半导体产品提供机械保护，使其免受物理、化学等环境因素损失的工艺。随着芯片体积的不断缩小和性能需求的日益增长，封装行业正不断取得新的技术突破，传统封装技术（主流的面积阵列封装技术）正在向先进封装技术（晶圆级封装WLP、凸块工艺和重布线层技术RDL等）发展。

测试是指利用专业设备，对产品进行功能和性能测试。测试主要分为封装前的晶圆测试和封装完成后的芯片成品测试。晶圆测试主要是对晶片上的每个晶粒进行针测，测试其电气特性。芯片成品测试主要检验的是产品电性等功能，目的在于将有结构缺陷以及功能、性能不符合要求的芯片筛选出来。半导体封装测试主要分为8步：减薄/磨片、划片、装片、引线键合、塑封、电镀、切筋/打弯、测试，如图1-4-8所示。每一步所需的设备和材料如表1-4-2所示。

图 1-4-8半导体封测工艺流程图

表1-4-2半导体封测工艺流程及所需设备和材料

1.5半导体产业链构成

半导体产业链总体包括上游支撑、中游制造、和下游应用三大环节，如图1-5-1所示。上游支撑产业包括半导体材料和半导体元器件制造所用的设备，为半导体的生产制造提供了基础和保障。中游制造即各类半导体产品的生产制造，常见的半导体产品包括集成电路（IC）、分立器件、光电器件和传感器，中游制造环节负责产出各种半导体元器件，是半导体产业链的核心。下游应用即半导体元器件的具体使用，该环节提供了半导体产业链的最终需求，是半导体制造的最终目标和服务对象，常见的半导体应用领域包括计算机芯片、通信芯片、消费电子芯片、汽车电子芯片、医疗电子芯片等等。

1.5.1半导体材料与设备业（上游）

半导体产业的上游主要是半导体材料和半导体设备，半导体材料可以分为前端晶圆制造材料和后端封装材料，如图1-6-2所示。

图 1-5-2 半导体材料思维导图

前端晶圆制造材料主要包括以下几种：（1）硅片：硅片是晶圆制造中最重要的材料之一，占整个晶圆制造材料的三分之一左右。它是一种高纯度的单晶硅，具有优异的物理和化学性能，是集成电路和半导体器件制造的基本材料。（2）电子特气：电子特气是制造集成电路和半导体器件所需的重要材料之一，主要包括高纯氮、氢、氧、氩等。这些气体在半导体制造中被广泛用于化学气相沉积、外延生长、离子注入等工艺中。（3）光刻胶及配套试剂：光刻胶是用于光刻工艺中的一种感光材料，它可以透过或阻挡光束，从而将电路图案转移到硅片上。配套试剂则包括显影液、定影液等，用于光刻胶的处理和清洗。（4）湿电子化学品：湿电子化学品是用于化学蚀刻和清洗等工艺中的液体化学品，如酸、碱、有机溶剂等。（5）抛光材料：抛光材料用于硅片的表面处理，以获得高度平滑和光洁的表面。常用的抛光材料包括氧化铈、氧化铝等。（6）靶材：靶材是用于制备薄膜材料的一种材料，如钨、铜等。在制备过程中，靶材被加热至熔融状态，并被离子束溅射到硅片上，形成所需的薄膜。（7）光掩膜版：光掩膜版是用于将电路图案转移到硅片上的光学掩膜，由具有不同光学特性的材料制成。

后端封装材料主要包括以下几种：（1）塑料封装材料：塑料封装是一种常见的封装方法，主要采用环氧树脂、热固性塑料、聚酰亚胺等材料。这些材料具有优良的电绝缘性能、耐高温性能和耐化学腐蚀性能，同时成本较低，因此在后端封装中得到广泛应用。（2）陶瓷封装材料：陶瓷封装材料具有优良的导热性能、电绝缘性能和耐腐蚀性能，因此被广泛应用于高可靠性、高温和高速的电子器件封装中。常用的陶瓷封装材料包括氧化铝、氮化铝、氮化硅等。（3）金属封装材料：金属封装材料具有优良的导热性能和电性能，因此被广泛应用于高可靠性、高温和高速的电子器件封装中。常用的金属封装材料包括铝、铜、不锈钢等。（4）玻璃封装材料：玻璃封装材料具有优良的密封性能和电绝缘性能，因此被广泛应用于高可靠性、低成本的电子器件封装中。常用的玻璃封装材料包括硼硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃等。（5)胶粘剂封装材料：胶粘剂封装材料主要用于将芯片和引线框架固定在基板上，同时保护芯片和引线框架免受机械冲击和化学腐蚀等影响。常用的胶粘剂封装材料包括环氧树脂胶、聚酰亚胺胶等。

半导体设备主要包括清洗设备（用于清洗硅片，去除表面的杂质和污染物）、涂覆设备（用于在硅片表面涂覆光刻胶）、曝光设备（用于将光刻胶上的图案转移到硅片上）、退火设备（用于去除光刻胶和修复表面缺陷）、切割设备等。此外，还需要使用到各种材料和化学品，如硅片、光刻胶、刻蚀液、离子注入气体等。这些设备通俗点讲究包括清洗设备、光刻设备、显影设备、刻蚀设备、过程控制设备、去胶设备、离子注入设备、CVD/PVD薄膜沉积设备、CMP抛光设备等，机械工程师在半导体行业主要也就是设计这些设备。

1.5.2半导体制造业（中游）

半导体产业链的中游可以分为设计、制造和封测三个环节。在半导体产业发展早期，这三个环节通常由同一家企业完成称之为“IDM”。20世纪80年代，随着第三方代工的崛起，产业逐渐开始分工。

芯片设计就是将产品需求转化为物理层面的电路设计版图，这与软件行业有些类似，属于智力密集型行业。芯片设计的主要步骤包括功能定义和实现、电路验证和优化、逻辑综合、版图设计、版图物理验证等，最终形成版图文件，提交给代工厂进行芯片制造。

全球前十大芯片设计主要来自美国和我国台湾地区，近几年我国海思也榜上有名。2023年，我国的芯片设计公司数量已经达到3243家。2000年以来,我国芯片设计行业快速成长，涌现出了华为海思、紫光展锐、龙芯中科、长江存储、兆易创新、汇顶科技等一批优秀公司，但是依然存在企业数量多而不强、设计人才不足等问题。

在制造环节,全球八大晶圆代工厂垄断了近 9 0% 的市场份额，并呈现一超多强的局面，台积电一家独大，占据全球 6 0% 以上的市场份额。从存量上看，我国大陆晶圆代工的产能在全球的占比仍然不足 2 0% 。中芯国际、华虹和华润微电子是我国大陆晶圆代工厂的典型代表。

封装主要是为了将芯片的I/O接口与外部系统连接，并提供保护和散热功能。当前封装技术有两个发展方向：一个是微型化，向更加轻薄、成本更低、散热功能更好、更多的I/O接口方向发展，甚至开始采用一些晶圆加工的技术，模糊了晶圆制造和封装之间的界限；另外一个是集成化，将不同功能的芯片通过硅通孔技术高蜜度的封装到一起，形成具有一定功能的(子)系统。测试主要包括晶圆测试和成品测试，工序上与封装结合紧密，通常由封装企业代劳。

1.5.3半导体应用业（下游）

半导体下游应用领域主要为PC/平板、通信、汽车、消费电子及工业电子，其中，计算机和通信仍占据全球半导体最大用量。

图 1-6-3反映了 2022年全球半导体下游应用需求结构。
图 1-5-3 2022 年全球半导体下游应用需求结构

资料来源：Sia

在疫情期间，全球范围内的居家办公、学习需求激增，促使电脑需求量出现了短暂的飙升。然而，随着疫情结束，这一提前消耗的需求开始逐渐减弱。与此同时，全球经济放缓也对消费者的购买力产生了影响，导致电脑的需求量减少。根据IDC（国际数据公司）数据，2023年全球PC的出货量达到2.64亿台，同比下降 9% ，2023年市场收缩似乎已触底，预计2024 年将实现增长。根据 Sigmaintell 数据，全球平板总出货量达到1.32 亿台，同比下降 18.~2~% 。根据预测，2024年平板电脑将出现回升，全球平板电脑出货量约为1.38亿台，同比增长约 4.\ 1%

在消费电子市场，主要受到宏观经济挑战和年初库存量增加的影响，根据IDC近日发布的《全球手机季度跟踪报告》的初步数据，2023年全球智能手机出货量同比下降 3.\ 2% ，降至11.7亿部，是十年来最低的全年出货量。根据IDC预测，2024年智能手机出货量将达到12亿部，同比增长 2.\ 8% 。随着5G渗透率不断提升,全球物联网活跃终端数量不断增加,Gartner预测 2020年至2025年全球IoT半导体产品市场规模年均复合增速将保持在 7. 6% 左右，其中工业物联网领域市场规模增速约为 11%

在汽车领域，电动化与智能化为其带来长期稳步发展动力。汽车单车半导体搭载量增多及新能源车销量持续提升双重因素将助推车规级半导体市场规模。2023年全球车规级芯片市场规模达641亿美元，同比增长 14.\ 3\ % ，其中中国市场规模预计达到177亿美元，占全球市场规模约 28 % 。根据Omdia预测，2025年车规级半导体市场规模将增长至 804亿美元。

第二章半导体产业的现状与发展趋势

2.1国际半导体产业的现状与发展趋势

2.1.1国际半导体产业发展概况一、世界半导体市场规模

根据 SIA(美国半导体工业协会)数据，2023年全球半导体销售额为5268亿美元，同比下降 8.~2% 。其中，中国市场销售额为1551亿美元，同比下降 14% ，中国仍是全球最大的半导体市场。同时，Gartner(高德纳)的调查结果显示，2023年全球半导体收入下降 11. 4% ，达到5330亿美元，出现自2020年以来的首次负增长。2023年，全球半导体市场规模较去年有所下降。但随着芯片在世界所依赖的无数产品中发挥着更大、更重要的作用，半导体市场的长期前景非常强劲。推进投资研发、加强半导体劳动力和减少贸易壁垒的政府政策将有助于该行业在未来许多年继续发展和创新。

资料来源：根据 SIA、Gartner 数据整理

展望2024年全球半导体市场，在 2023年全球半导体市场周期性触底之后，2024年将整体出现复苏的趋势。在以智能手机、服务器、汽车、PC（个人电脑）为代表的四大主要应用芯片市场都将出现正增长，市场调研机构的预测普遍保持乐观增长。如图 2-1-1 所示。根据整理的各机构对2024 年全球半导体市场规模增速的预测，2024年市场规模增速均值约为 17. 2% 。Gartner认为因为生成式人工智能以及大语言模型的快速发展，导致GPU的高性能服务器和加速卡的需求也在持续稳步的上升当中，预测2024年全球半导体市场规模将达到6309 亿美元。WSTS认为全球半导体行业收入预估将5883亿美元，2024年的增长预计将主要由存储器行业推动，该行业有望在 2024年飙升至1300亿美元左右，销售额较2023年激增 44.\ 8% ；逻辑芯片市场则预计增长9.\ 6% ，图像传感器市场预计增长 1.\ 7% 。其他细分市场，包括分立器件、传感器、模拟器件、逻辑器件和微型器件，预计也将实现个位数增长率。IDC（国际数据公司）预测值为6259亿美元，TechInsights 预测值超过6500亿美元，并且提出2025年将增至超过8000亿美元，2026年进一步增至接近9000亿美元。

图 2-1-1 部分世界市场调研机构对 2024 年半导体市场规模增速的预测资料来源：各机构公开数据

二、世界半导体市场地区分布

从地区分布上看，根据WSTS发布的数据，2023美国半导体销售规模为1325.36亿美元，较2022年下降 6.\ 1% ；欧洲半导体销售规模为570.48亿美元，较2022年增长 5. 9% ；日本半导体销售规模为472.09亿美元，较2022年下降 2.\ 0% ；亚太地区半导体销售规模为2833.33亿美元，较2022年下降 14. 4%

图 2-1-2 2023 年全球半导体市场地区分布

资料来源：根据WSTS 数据整理

2.1.2国际半导体产品及结构情况一、世界半导体产品结构

根据WSTS发布数据，2023年，O-S-D市场规模为979.5亿美元，占整个半导体市场份额的 18.\ 8% ，较2022年下降 1.\ 7% 其中，分立器件的市场规模为359.5亿美元，同比增长 5.\;8% 光电子器件的市场规模为425.8亿美元，同比下降 3.\ 0% ；传感器/执行器的市场规模为194.1亿美元，同比下降 10. 9%

资料来源：WSTS

2023年，集成电路市场规模为4221.7亿美元，在全球半导体市场占比 81. 2% ，较2022年下降 11% 。其中，模拟电路的市场规模为810.5亿美元，同比下降 8. 9% ；微处理器的市场规模为765.8亿美元，同比下降 3.\ 2% ；逻辑芯片的市场规模为1749.4亿美元，同比下降 0.\ 9% ；存储器的市场规模为896亿美元，同比下降 31% 。

图 2-1-3反映了2023年各类别半导体产品占全球半导体市场整体份额的情况。

图 2-1-32023年各类别半导体产品占全球半导体市场整体份额

资料来源：根据WSTS数据整理

二、世界主要半导体产品市场预测

IC Insights 对 2021-2026 年全球各主要半导体产品销售额的复合年增长率（CAGR）作出了预测，如图2-1-4所示。

2021-2026 年，O-S-D 的CAGR将保持 8.\ 0% 的健康增长率，其中光电子器件、传感器/执行器和分立器件的CAGR分别为9.~2% 、 12. 3% 和 3.\ 1% 。传感器/执行器市场是半导体市场中最小的主要产品领域，销售额占比不到 4% 。然而在整个预测期内，汽车、手机以及便携式和可穿戴系统（如智能手表和健身/活动追踪器）的传感器销售额将显著增加。

2021-2026年，IC总销售额预计将以 6. 9% 的速度增长。其中，逻辑IC销售额的复合年均增长率（CAGR）将在集成电路产品类别中表现最为强劲，达 7. 9% 。逻辑IC 市场近年来表现非常出色，汽车专用逻辑和工业专用逻辑器件成为该领域整体增长的强劲动力。