半导体外延工艺是芯片制造的核心环节之一，通过在衬底材料上生长具有特定电学特性的单晶薄膜，直接影响器件的性能、良率和可靠性，上海作为国内集成电路产业的重镇，依托政策支持、人才集聚和产业链协同优势，已形成涵盖硅基外延、化合物半导体外延的完整产业生态,成为支撑全国芯片制造的关键力量。
从产业背景来看，上海将集成电路列为“三大先导产业”之一，出台《上海市先进制造业发展“十四五”规划》，明确支持外延材料等核心环节技术突破，临港新片区、张江科学城等重点区域已形成“设计-制造-封测-材料设备”一体化产业集群，2023年上海集成电路产业规模突破3000亿元，其中外延环节贡献占比约8%,成为产业链中不可或缺的基石。
在主要企业布局上，上海已汇聚本土龙头与国际巨头，形成差异化竞争格局，中芯国际在上海的12英寸晶圆厂（中芯南方）聚焦先进逻辑制程，其14nm及以下节点的硅外延工艺已实现量产，支撑5G、AI等高端芯片需求；华虹集团在宏力工厂和无锡基地（上海协同布局）的8/12英寸产线，重点开发功率器件外延技术，其IGBT（绝缘栅双极型晶体管）外延片良率达99.2%，广泛应用于新能源汽车和工业控制，本土企业中，上海合晶科技专注于8/12英寸硅外延片生产，2023年产能达60万片/年，市占率居国内前三；积塔半导体位于临港的“车规级芯片制造基地”，建成国内首条12英寸车规级功率器件外延线，其SiC（碳化硅）外延片已通过车企认证，2024年将批量供货，国际方面，应用材料（Applied Materials）在上海设立外延设备研发中心，支持本土工厂工艺升级；日本信越化学与上海硅产业集团合资建设12英寸硅外延片项目,填补国内高端衬底材料缺口。
技术能力方面，上海外延工厂已实现从“跟跑”到“并跑”的跨越，在硅基和化合物半导体领域形成双轮驱动，硅基外延覆盖90nm-5nm全节点，其中中芯国际的5nm制程用硅外延片厚度均匀性≤±1.5%，达到国际先进水平；化合物半导体外延以SiC和GaN（氮化镓）为主，积塔半导体的SiC外延片缺陷密度≤0.5cm⁻²，支撑1200V/1700V高压器件需求；中科院上海微系统所与企业合作研发的GaN-on-Si外延技术，8英寸晶圆上实现击穿电压>1200V，成本较蓝宝石基降低40%，为5G基站、快充电源提供核心材料。
产业链协同效应显著，上海外延工厂与上下游形成紧密联动，上游材料端，沪硅产业、上海新昇提供12英寸硅衬底，天岳先进（上海子公司）供应SiC衬底，保障外延原料自主可控；中游制造端，外延片直供中芯、华虹等晶圆厂，缩短供应链周期30%以上；下游应用端，与特斯拉、上汽等车企合作开发车规级外延片，与华为、中兴共建通信芯片外延工艺联合实验室，实现“需求-研发-量产”快速迭代。
当前挑战与未来方向并存，技术层面，先进制程（3nm及以下）用超薄硅外延、大尺寸SiC（8英寸及以上）外延仍依赖进口设备（如应用材料Centura 5300），国产外延设备市占率不足5%；人才层面，复合型工艺工程师缺口超2000人，高校培养与企业需求存在2-3年滞后，上海将重点突破三大方向：一是推动“设备-材料-工艺”协同攻关，支持上海微电子装备研发国产外延设备；二是建设临港化合物半导体基地，2025年实现SiC外延片产能100万片/年、GaN外延片30万片/年；三是深化产学研融合，依托复旦、交大建立“外延工艺人才培养中心”,年输送专业人才500人以上。
相关问答FAQs
问：上海半导体外延工厂在国内产业链中的核心优势是什么？
答：核心优势体现在三方面：一是产业集群完整，覆盖从衬底材料（沪硅产业）、外延设备（应用材料研发中心）到外延制造（中芯、华虹、合晶）的全链条，协同效率领先；二是技术覆盖全面，硅基外延（5nm-90nm）和化合物半导体外延（SiC、GaN）均实现量产，满足逻辑、功率、射频等多领域需求；三是下游应用牵引，依托新能源汽车（上汽、特斯拉）、通信（华为、中兴）等终端市场，实现“需求-研发-量产”快速闭环，技术迭代速度较国内其他地区快20%以上。
问：未来上海在化合物半导体外延领域的发展重点有哪些？
答：重点聚焦三大方向：一是产能扩张，2025年前在临港新片区建成全球领先的SiC外延片生产基地，实现8英寸SiC外延片月产能10万片，满足新能源汽车主驱模块需求；二是技术降本，突破GaN-on-Si大尺寸外延技术，将6英寸GaN外延片成本降至500美元/片以下，推动快充、5G基站等市场渗透率提升；三是生态构建，联合中科院上海微系统所、天岳先进等建设“化合物半导体外延创新中心”，攻关缺陷控制、掺杂均匀性等核心技术，目标2027年实现关键设备国产化率超30%,降低对外依赖。
