【半导体行业研究1】别再只会说“卡脖子”了！17分钟带你入门半导体行业

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标签: 半导体 · 芯片制造 · 行业研究 · 商业模式 · 科普

视频简介与内容概述

哈喽大家好，这里是锅盔。今天给大家带来一期关于半导体行业研究的内容。这期视频是我对于实习期间做的30多家半导体相关产业的公司的一个简单的总结，同时我也去看了这个领域相关的一些视频介绍，形成了对于这个行业的一个基本面的认识。

在开始之前我要叠个甲，因为我觉得我个人对于这个领域的认识还是相对来说比较浅薄的，所以可能在讲解的过程当中出现一些错误或者偏差，希望大家能够直接指出来，我也会向大家虚心学习。

这期内容我会分两期视频来讲，因为内容还是比较多的。第一期内容主要是围绕芯片的介绍、它的制作流程以及芯片厂的主要两种运营模式来展开，同时也会向大家普及一些这个领域相关产业的龙头公司，包括国际上的和国内的。那好，我们接下来就开始对于整个半导体行业的分享。

半导体的原材料分类

第一个要给大家讲的就是半导体的原材料。它主要是分两种，第一个是元素半导体和化合物半导体。元素半导体里面占主要核心地位的是硅，同时锗也会占一小部分，但是比重没有那么大。在化合物半导体里面，前段时间有一个非常火的叫砷化镓，除此之外还有像氮化镓、碳化硅这样的，包括还有其他的一些化合物。由这个元素跟化合物就可以组成相应的半导体。

半导体的定义与核心产品

给大家普及一下半导体到底是什么东西。半导体的定义就是在常温之下，导电性能介于导体（可以通电的）和绝缘体（不通电的）之间，它的导电性能是可控的，是这么一个材料。

半导体在经过一定的加工之后可以合成晶体管。晶体管其实就是一种固体的半导体组件，它其实就是一个可变电流的开关，通电之后相当于它就是开关了。它的主要功能就是基于输入的电压来控制最后输出的电流。晶体管通过一定的加工之后可以合成逻辑门。逻辑门就是集成电路组成的基本要件了。简单的逻辑门可以直接用晶体管来组成，但是复杂的还是需要其他的一些原材料。逻辑门进一步加工之后得到集成电路。集成电路会根据下游产业的相应需求，在一开始设计的时候设计成需要什么样的功能来进行加工，那么就可以得到下游所需要的芯片，具备它所要求的功能。

同时也要给大家普及的是半导体主要的四类核心产品。第一类产品叫集成电路，英文名叫Integrated Circuit，简称是IC。它的下属主要是分三类：模拟芯片、逻辑芯片跟存储芯片，这个会在第二期视频详细展开。剩下来三个叫光电器件、分立器件跟传感器。这个我研究的相对来说比较少，如果以后有机会的话，可以再出一期视频来介绍这三个产品的情况。

半导体产业链上下游概述

接下来我们要讲的就是整个半导体芯片的制作流程。先来看一下它的相关产业。上游产业里面主要是制造芯片的原材料以及所需要的设备。中游就是集成电路的设计、制造以及封测。封测其实是两步，一步是封装，一步是测试。下游就是它具体的应用领域了，比如说消费电子类的，其中包括像手机、家电、可穿戴等各种各样的电子产品；比较火的像汽车电子、机器人、通信，还有像比较传统一点的安防。

我们这期内容其实主要是集中在上游跟中游，会给大家讲具体的原材料是哪些、设备是哪些，以及制作流程是什么样子的。封测就不会在这期视频里具体展开，芯片的设计也会相应提到一些。

晶圆制备流程（材料端）

我们接下来具体展开整个芯片的制作流程。芯片的制作其实简单可以划分为四步：第一步是设计，第二步是制造，第三步是封装，第四步是测试。其实在中游的时候已经有简单的介绍了。具体我们要把晶圆的制作单拉出来，因为这步大家可以相对来说比较好理解。

第一步其实并不是在芯片厂里完成的，相当于并不是半导体这个产业，厂商应该是做材料的。它主要分为以下的五步，在晶圆制备这边：第一步是提炼硅砂，我们需要提炼出冶金级的硅，然后再进一步提纯，得到电子级的多晶硅。有这个硅之后，还需要把它进一步融化，再进行旋转提拉，形成我们所需要的单晶硅锭。单晶硅锭太厚了，我们还需要把它切片，切成一毫米以下的，这就得到了晶圆。但是晶圆也不够，还需要研磨抛光，达到整个半导体制备过程当中的晶圆层次。这个是我补充的。

芯片制造核心步骤（制造端）

接下来就是芯片厂所需要的步骤了。准确来说，整个流程的第二步是晶圆的清洗。从上游材料厂商拿到晶圆之后，要对晶圆进行一次清洗，然后对它进行薄膜沉积。图示的基底其实就是晶圆，化合物相当于它的沉积物。

第二步就是在这个化合物的基础之上，再涂一层光刻胶。

第三步、第四步是非常重要的一步——光刻。相信大家对这个词应该并不陌生，前段时间很火的光刻机，就是美国卡我们脖子的那个光刻机。它的主要作用就是将光照到的地方给刻掉，相当于会在这留一块地方就是被刻掉的了。

第五步就是刻蚀，利用刻蚀机，在刚刚光刻胶被刻掉的这一部分，对它的化合物进行一次腐蚀，把这部分化合物给腐蚀掉。

第六步就是去胶，把上面的光刻胶去掉，因为它已经用完了，相当于没有用了。

到了第七步，非常重要的一步——离子注入。在刚刚化合物已经被腐蚀掉的地方，注入我们所需要的离子。根据下游所需要的性能来注入相应的离子，比如说离子的种类、数量以及具体的性质。

在注入之后，会对整个产品进行最后一次薄膜沉积，就是在整个化合物以及整个基底上面进行一次沉积，主要是把离子留住，不能让它们乱跑。这就是整个制备的流程。

上游材料与设备龙头企业盘点

那么引出了相关的上游产业。第一个就是上面讲的半导体材料，第二个是设备。

先来看材料，这里的材料其实远不止这两个，我只写了这两个是因为目前的国产化率比较低。除此之外还有像电子特气、靶材、CMP材料这样的一些产品，相对来说国产化率就比较高了。先来看硅片，国际上龙头的企业是信越化学，国内的话就是沪硅产业。第二个是光刻胶，国际上比较知名的是JSR，是日本的一家公司，国内的话就是彤程新材。

再来看半导体设备。光刻机相信大家应该都不陌生，这是我们现在国产化率比较低、一直被卡脖子的一个产品。国际上领先的公司是阿斯麦（ASML），是荷兰的一家公司，它的EUV光刻机在国际上是断档领先的地位。我们国内就是上海微电子。

另外一个是刻蚀机，也就是在第五步当中把化合物刻蚀掉的机器。国际上的龙头企业是Lam（泛林）美国的一家公司，然后TEL东电（东京电子）日本的一家公司，国内就是中微公司。

第三个是薄膜沉积，在第二步和第八步都用到的薄膜沉积设备，主要是美国的一家公司叫Applied Materials，翻译过来就是应用材料，我们国内就是北方华创。

第四步（离子注入）也是非常重要的一步，其实也是Applied Materials在做，国际上相对来说比较领先，国内的话就是凯世通。

可以看到，我们在光刻机以及离子注入这两个比较核心的步骤上，国产化率还是比较低的，所以还是需要在这两个地方进行一定的突破以及发展。

芯片厂的两种商业模式：IDM与Fabless

接下来给大家讲整个芯片厂的两种运营模式：一个叫IDM模式，一个叫Fabless模式。

首先讲IDM模式。IDM的全称叫Integrated Device Manufacturer。这样的芯片厂商我们也叫IDM厂商，它其实就是把芯片的设计、制造、封装、测试这四步都集于一体，一家公司完成整个芯片的制作流程。国际上比较有代表性的厂商就是英特尔、三星、SK海力士、德州仪器、英飞凌、美光。国内就是长江存储、长鑫存储、华润微和士兰微。长鑫存储最近完成了IPO辅导，应该很快就会上市了。

跟它有区别的就是Fabless模式。Fabless是什么呢？其中这个Fab就是Fabrication，就是制造的意思。它就是把这四个步骤具体拆分到了每一个厂商去制作。比如说芯片设计就是Fabless厂，IC制造就是Foundry厂，封装就是封装厂，测试就是测试厂。

为什么要这么做呢？其实是因为整个芯片的制作是一个非常消耗资金的过程。可能他现在做的是设计，但如果需要再扩展出来制造的话，就需要大几百亿的资金来支持项目的开展。很可能对于这种厂商来说，在芯片设计里面就已经投入了大量的资金，在制造领域就没有那么多资金支持做这一步。在这样的背景之下，很多厂商就开始独立钻研于某一个领域，比如专门做设计，或者专门做制造，也有可能是专门封装或测试，也就形成了这样一个Fabless格局。

比较有代表性的厂商，在Fabless厂这边是英伟达，这个应该很出名，然后高通、AMD、博通；国内的话就是华为海思、韦尔股份、卓胜微、兆易创新以及紫光展锐，这几家公司相对来说做得比较好。

Foundry厂就是台积电，这个也比较出名，还有格芯、联电；国内的话就是中芯国际、华虹半导体。

封装厂国际上是日月光、安靠、力成科技；国内的话就是长电科技、通富微电和华天科技。

这里的厂商包括上面的IDM模式，大家都会在接下来第二期视频讲龙头公司的时候普遍看到，因为这些公司在某一个芯片领域都做得非常牛。

行业马太效应与地缘优势

还有一点想要讲的就是，像英伟达、台积电这样的公司，在各自的领域都是非常垄断的地位，就是所谓的马太效应。他们一旦在这个领域做得很好之后，所有的厂商大概率都会去找英伟达或者是台积电来进行制作。

比如说上游的Fabless厂设计好了芯片之后，找Foundry厂代工制造，首先优先会去找的就是台积电。台积电现在在这个领域的市场份额占到了60%左右，第二名的格芯只有10%。我们国内的中芯国际在国际上应该也排到前五了，但也仅仅只占到了5%的市场份额。所以马太效应在这种厂商上面是非常明显的，因为专业壁垒非常高，有些芯片就只有台积电能做，其他的做不了，所以它断档领先的优势是非常大的。

还有一点想要跟大家讲的就是地缘优势。因为Fabless模式其实是一家传给一家，先由Fabless厂设计好，交给Foundry厂代工制造，完成之后再交给封装厂进行封装，然后再由封装厂交给测试厂进行测试。这当中有一个不可避免的运输问题。

这里要提到台积电和日月光，日月光也是一家台湾的公司。上游的Fabless厂交由台积电完成整个芯片的制造之后，很快就可以将芯片交付给日月光，因为都在台湾，让它完成整个的封装测试。这样对于整个生产过程来说，第一个是省了运输成本，第二个就是降低了生产的时间。所以地缘优势也是在整个Fabless模式当中非常重要的一点。

结语

那好，这期视频主要就是讲这些内容。下一次我会给大家具体展开集成电路下面所包括的各类产品，内容也非常丰富。这期视频就到这里，希望大家多多点赞，三连支持一下主播。