2.1 上游：材料与设备

上游：材料与设备

一、硅晶圆

半导体材料是芯片产业链最上游环节，也是技术壁垒最高的领域之一。硅晶圆是最基础也最重要的半导体原材料。硅晶圆的制造过程从电子级高纯度多晶硅原料出发，通过直拉法（Czochralski法，CZ法）或悬浮区熔法（Float Zone法，FZ法）在单晶炉中生长出大直径的单晶硅锭。直拉法是目前最主流的晶体生长方法，适用于生长直径达300毫米的大尺寸硅锭，具有生长速度快、成本低的优势，但氧含量相对较高。悬浮区熔法生长的硅单晶纯度更高、氧含量更低，适用于制造高功率和高灵敏度器件，但生长尺寸和效率受限。

生长好的硅锭需要经过一系列精密的加工工序才能成为合格的晶圆产品。这些工序包括外圆滚磨整形、晶向定位和切片、边缘倒角处理、表面研磨去除切片损伤层、化学腐蚀去除残余应力和损伤，以及最终的化学机械抛光（CMP）使晶圆表面达到纳米级平整度和原子级洁净度。当前主流的硅晶圆直径标准为300毫米（12英寸），全球各大晶圆厂新建设施已普遍采用12英寸规格。

全球硅晶圆市场高度集中，日本信越化学（Shin-Etsu Chemical）和日本胜高科技（SUMCO）两家公司合计占据了全球硅晶圆市场约百分之五十以上的份额，在12英寸大尺寸硅晶圆领域的集中度更高。中国在硅晶圆领域的主要企业包括沪硅产业集团（旗下上海新昇半导体）和天津中环股份等，12英寸硅晶圆产品已经实现初步量产但与国际最先进水平在晶体品质、缺陷控制和量产一致性等方面仍存在一定差距。

二、光刻胶与电子特气

光刻胶（Photoresist）是光刻工艺中最核心的功能性材料，其性能参数直接决定了光刻工艺所能达到的最高分辨率和最终产品的制造良率。光刻胶按照在曝光后的溶解特性变化可分为正性光刻胶（曝光区域可溶于显影液）和负性光刻胶（未曝光区域可溶于显影液）两大基本类别。按照适用的曝光光源波长又可分为i线光刻胶（365纳米）、KrF准分子激光光刻胶（248纳米）、ArF准分子激光光刻胶（193纳米）和极紫外EUV光刻胶（13.5纳米）等不同等级，制程节点越小对光刻胶的分辨率、灵敏度、线宽粗糙度和缺陷率等技术指标要求越高。

全球半导体光刻胶市场主要被日本企业高度垄断。日本东京应化（TOK）、JSR株式会社、住友化学和富士胶片等企业占据了绝大部分市场份额，尤其在高端的ArF光刻胶和EUV光刻胶领域几乎形成了完全垄断的局面。中国企业在光刻胶领域起步较晚，目前KrF及以下中低端级别的光刻胶已有部分产品实现国产量产，但在技术要求最高的ArF浸没式光刻胶和EUV光刻胶领域的国产化率仍然极低，严重依赖进口供应。

电子特种气体是芯片制造中另一类关键材料，在等离子刻蚀、化学气相沉积（CVD）、离子注入和外延生长等核心工艺步骤中被大量使用。半导体用电子特气的纯度要求通常需要达到99.9999%（6N级别）甚至更高的超高纯度标准。主要品种包括三氟化氮（NF3）、六氟化钨（WF6）、硅烷（SiH4）、磷烷（PH3）、三氯化硼（BCl3）、氨气（NH3）和高纯氩气等数十种不同气体。全球特气市场由美国空气化工产品公司（Air Products）、法国液化空气集团（Air Liquide）、日本大阳日酸（JSR Corporation）和美国普莱克斯（Praxair，现为林德集团一部分）等国际化工巨头主导。中国华特气体、金宏气体、南大光电和昊华科技等企业在部分电子特气品种上已实现国产化突破并开始进入主流晶圆厂的供应链体系。

三、半导体设备

半导体制造设备是整个芯片产业链中技术含量最高、研发投入最大、价值密度最高的核心环节。半导体设备的种类繁多，按照工艺功能可大致分为光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、工艺检测与量测设备、晶圆清洗设备、热处理设备和化学机械抛光设备等八大基本类别。

光刻设备是所有半导体制造设备中技术含量最高、单台价值最大的设备类型，也是当前中国半导体产业面临的最为严峻的供应链瓶颈。光刻机的核心功能是将设计好的电路图案从石英掩膜版高精度地转移到涂覆了光刻胶的硅晶圆表面。当前最先进的极紫外（EUV）光刻机由荷兰阿斯麦公司（ASML）独家研发制造和全球供应，每台EUV光刻机的售价超过2亿美元。EUV光刻机采用13.5纳米波长的极紫外光源，其光源产生系统（基于高功率二氧化碳激光器轰击液态锡滴靶产生等离子体）、超高精度多层镀膜反射式光学投影系统以及超洁净双工作台晶圆传输系统都代表了人类精密制造技术的最高水平。除EUV光刻机外ASML和日本尼康公司还提供ArF浸没式DUV光刻机用于28纳米及以上制程的批量生产。中国上海微电子装备有限公司（SMEE）已能供应90纳米节点及以上的光刻机产品，但在先进制程所需的光刻设备方面与国际顶尖水平之间仍存在巨大的技术鸿沟。

刻蚀设备在芯片制造中承担着在硅片上精确雕刻出纳米级电路图案的关键任务。随着制程节点不断缩小对刻蚀的精度、选择比和均匀性要求持续提高，原子层刻蚀等新技术已成为先进制程不可或缺的工艺手段。全球刻蚀设备市场主要被美国泛林半导体（Lam Research）、美国应用材料公司（Applied Materials）和日本东京电子（TEL）三大厂商瓜分。中国企业中微半导体设备（上海）股份有限公司（AMEC）在刻蚀设备领域取得了具有标志性意义的重大突破，其电容耦合等离子体（CCP）刻蚀机和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀机产品已经通过了台积电最先进制程产线的严格验证并成功进入其供应链体系。

四、其他关键设备

薄膜沉积设备包括化学气相沉积（CVD，细分为等离子体增强CVD即PECVD、低压CVD即LPCVD、次常压CVD即SACVD等）、物理气相沉积（PVD，主要指磁控溅射）和原子层沉积（ALD）等多种工艺类型。CVD设备市场规模在半导体设备各品类中仅次于光刻设备。全球薄膜沉积设备市场主要被美国应用材料、美国泛林半导体和日本东京电子三家企业占据主导地位。中国北方华创科技集团在PVD溅射设备和部分CVD设备领域已有产品实现量产销售，拓荆科技在PECVD设备方面实现了从零到一的突破并开始获得主流晶圆厂的重复订单。

检测与量测设备是保障芯片制造良率的"眼睛"，需要具备极高的灵敏度和精确度，能够在纳米乃至亚纳米尺度上识别和定位晶圆表面的各种类型缺陷以及精确测量关键尺寸、膜厚、套刻精度等工艺参数。全球检测量测设备市场主要被美国科磊公司（KLA，原KLA-Tencor）和美国应用材料等企业主导，其中科磊在晶圆缺陷检测领域占据超过百分之五十的市场份额。中国精测电子和中科飞测等新兴企业在检测设备领域正在加速技术追赶，但与国际领先水平仍存在较大差距。整体来看中国半导体设备国产化率估计在百分之十到百分之二十之间，先进制程关键设备的国产化仍需相当长时间的技术积累和持续投入。