SK海力士：2027年實(shí)現(xiàn)混合鍵合NAND的大規(guī)模生產(chǎn)

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

在2026年完成首款混合鍵合300多層V10芯片的研發(fā)。

據(jù)報(bào)道，SK海力士正通過采用混合鍵合技術(shù)推進(jìn)其NAND閃存技術(shù)的發(fā)展。據(jù)韓京新聞報(bào)道，該公司正在開發(fā)采用該工藝的300層NAND閃存，加入三星電子、中國長江存儲(chǔ)和日本鎧俠等其他領(lǐng)先制造商的行列，共同邁向混合鍵合技術(shù)的全面部署。

報(bào)告引用的消息來源表明，SK海力士正在研發(fā)其第十代（V10）NAND閃存，該閃存采用300層結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是在明年完成試生產(chǎn)，然后在后年年初投入全面生產(chǎn)。

混合鍵合成為SK海力士V10 NAND的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變

正如報(bào)告指出的那樣，V10 的突出特點(diǎn)是 SK 海力士首次采用混合鍵合技術(shù)，該工藝將兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓連接起來，使它們作為一個(gè)整體發(fā)揮作用。

在V9（321層）版本之前，SK海力士在單個(gè)晶圓上同時(shí)制造了存儲(chǔ)單元陣列和外圍電路。正如報(bào)告所述，在PUC（Peri-under-Cell，單元下外圍電路）方案下，外圍電路位于晶圓底部，存儲(chǔ)層則直接堆疊在其上方。

然而，這種配置會(huì)使外圍電路面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。報(bào)告指出，混合鍵合可以緩解這個(gè)問題，甚至可以縮短生產(chǎn)時(shí)間，因?yàn)橥鈬娐泛蛦卧A是分開制造的。

同時(shí)，該報(bào)告還指出，混合鍵合增加了工藝的復(fù)雜性，而晶圓對(duì)晶圓集成所需的混合鍵合工具主要由奧地利的EVG和日本的東京電子提供。

全球NAND閃存制造商加速混合鍵合技術(shù)轉(zhuǎn)型

混合鍵合是一種結(jié)合介電層鍵合和金屬直接鍵合的先進(jìn)封裝技術(shù)，其核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)芯片間高密度、低電阻的垂直互聯(lián)。

在工藝過程中，需要經(jīng)過對(duì)準(zhǔn)和鍵合、后鍵合處理等幾個(gè)流程。在對(duì)晶圓表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）和清洗之后，通過光學(xué)或電子束對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)（通常<200nm）的芯片間精準(zhǔn)對(duì)齊，尤其在芯片到晶圓（D2W）鍵合中，對(duì)準(zhǔn)誤差需接近零。

鍵合的方式有晶圓到晶圓W2W和芯片到晶圓D2W兩種，在鍵合過程中，銅觸點(diǎn)與介電層（如SiO?）同時(shí)接觸，通過熱壓或<400°C的低溫退火實(shí)現(xiàn)金屬-金屬和介電層-介電層的同步鍵合。

在鍵合后，還需要通過CMP工藝調(diào)整銅層高度，確保銅觸點(diǎn)略微凹陷于介電層表面（通常為50-100nm），以避免短路并提升鍵合強(qiáng)度；同時(shí)鍵合過程中產(chǎn)生的熱量需通過散熱結(jié)構(gòu)（如嵌入式熱沉）快速導(dǎo)出，防止局部熱應(yīng)力導(dǎo)致晶圓變形。

盡管業(yè)內(nèi)人士預(yù)期SK 海力士會(huì)在 400 層以上采用混合鍵合技術(shù)，但該報(bào)告指出，由于競爭對(duì)手更快地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，該公司目前在 300 層 V10 階段就應(yīng)用了該技術(shù)。

例如，報(bào)告指出，日本鎧俠(Kioxia)在2023年通過其CBA（CMOS直接鍵合陣列）架構(gòu)采用了混合鍵合技術(shù)，而三星電子計(jì)劃在其即將推出的V10設(shè)備（約400層）中引入該技術(shù)，該設(shè)備預(yù)計(jì)很快就會(huì)進(jìn)入量產(chǎn)階段。

SK海力士提高固態(tài)硬盤產(chǎn)能以應(yīng)對(duì)激增的需求

與此同時(shí)，該報(bào)告還指出，SK海力士明年將繼續(xù)投資V10芯片的研發(fā)以及現(xiàn)有設(shè)備的改造，以擴(kuò)大V9芯片的產(chǎn)能。報(bào)告援引一位業(yè)內(nèi)人士的話稱，盡管SK海力士在今年上半年仍在積累NAND閃存庫存，但企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤需求的增長已使其晶圓廠接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

報(bào)告還指出，SK海力士目前量產(chǎn)的堆疊層數(shù)最高的NAND閃存是321層的V9，這鞏固了該公司在全球NAND市場(chǎng)排名第二的地位。

韓國缺乏HBM混合鍵合核心專利

不過，也有韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)促進(jìn)研究所（KIPRO）的一項(xiàng)研究指出，盡管韓國公司在高帶寬內(nèi)存（HBM）的制造和堆疊技術(shù)上擁有卓越的技術(shù)實(shí)力，但在核心技術(shù)和專利方面卻高度依賴外國公司。

KIPRO研究員Kim In-soo在接受采訪時(shí)表示，韓國企業(yè)在HBM原材料和設(shè)備方面過于依賴外國公司，且缺乏與HBM相關(guān)的核心專利，這可能導(dǎo)致未來面臨專利訴訟的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)KIPRO的分析，臺(tái)積電和美國公司Adeia在混合鍵合技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

Kim In-soo透露，KIPRO利用人工智能技術(shù)，對(duì)2003年至2022年間在韓國、美國、日本、歐洲和中國公開的超過1萬項(xiàng)相關(guān)專利進(jìn)行了審查。

在專利的質(zhì)量和市場(chǎng)價(jià)值方面，Adeia擁有最具價(jià)值的專利。Adeia擁有從Ziptronix公司收購的直接鍵合互連和低溫直接鍵合技術(shù)的核心專利。Kim In-soo指出，Adeia通過其附屬公司Invensas和Tessera，已經(jīng)收購了一系列混合鍵合專利。

臺(tái)積電則在K-PEG評(píng)級(jí)中擁有最多A3級(jí)以上的高質(zhì)量專利，位居首位。三星緊隨其后，其次是美光和IBM。臺(tái)積電的系統(tǒng)集成芯片（SoIC）技術(shù)尤為寶貴。此外，中國在這一領(lǐng)域也展現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢(shì)，中企獲得了多項(xiàng)核心專利。

這些專利在韓國、美國、日本、歐洲和中國均有注冊(cè)，意味著相關(guān)公司隨時(shí)可能卷入專利訴訟。盡管韓國擁有第二多的HBM相關(guān)專利，但其質(zhì)量和影響力卻“低于平均水平”。

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