芯耀
1363
作者 | 方文三
對于長江存儲而言，此次向三星等頂尖存儲技術企業(yè)授予專利許可，標志著中國存儲產業(yè)歷史上的一個里程碑。深入分析此次合作的背景，可以發(fā)現(xiàn)這并非僅僅是[巨頭的屈服]，而是一次對技術定義權進行重新分配的重要變革。
三星將使用長江存儲專利技術
據韓國媒體ZDNET Korea近日報道，三星電子與SK海力士等韓國存儲器制造商計劃將混合鍵合技術應用于下一代NAND存儲器，該技術源自中國的長江存儲公司。
據ZDNet Korea報道，三星電子近期與長江存儲簽訂了關于3D NAND混合鍵合技術的專利授權協(xié)議。
三星電子計劃于今年下半年啟動的下一代NAND產品——V10 NAND，首次采用了混合鍵合技術。
此舉表明，三星和SK海力士若要開發(fā)超過400層的存儲器，必須獲得長江存儲的授權許可。
三星電子之所以與長江存儲簽訂了混合鍵合技術的許可協(xié)議，是因為在技術專利方面難以繞過長江存儲的專利壁壘。
三星已確認，從V10（第10代）開始，將采用中國NAND制造商長江存儲的專利技術，特別是在新的先進封裝技術[混合鍵合]方面。
三星電子亦判斷，在未來V10、V11、V12等新一代NAND的研發(fā)過程中，繞開長江存儲的專利幾乎是不可能的，因此決定簽訂許可協(xié)議。]
此外，三星在開發(fā)其V11、V12等后續(xù)NAND產品時，可能仍需依賴長江存儲的專利技術。
長江存儲是最早將混合鍵合技術應用于3D NAND的企業(yè)，因此在該技術領域擁有豐富的專利積累。
對于三星而言，專利許可協(xié)議解決了其在下一代NAND開發(fā)中的核心難題，在面對SK海力士的激烈競爭時，這一突破顯得尤為重要；
然而，這也帶來了市場主導權喪失的風險，以及因專利使用可能導致的技術依賴等憂慮。
三星CoP技術在堆疊層數(shù)至400層時遇困境
目前，存儲芯片行業(yè)主要分為NAND和DRAM兩大技術路線。
在NAND技術的發(fā)展中，關鍵在于不斷提升存儲單元的堆疊層數(shù)。
當3D NAND閃存芯片的堆疊層數(shù)從300層提升至400層時，傳統(tǒng)技術面臨物理極限的挑戰(zhàn)。
昔日，三星電子慣于在單一硅片上配置控制電路（Peripheral），繼而于其上堆疊存儲單元，此法被稱作COP（Cell on Peripheral）。
三星早在2015年就將廠房建設至三十多層，隨后十年更是迅速擴展至兩百多層，速度遠超其他同行。
這得益于三星的獨家技術——CoP（Cell on Peripheral）技術，簡而言之，就是將控制電路置于存儲單元下方，并向上不斷堆疊。
比喻來說，控制電路就像地基一樣墊在存儲單元之下，然后不斷向上建造樓層。
依靠獨特的絕緣技術，三星能夠確保每一層存儲單元與下方電路的連接，同時避免相互干擾，防止短路。
三星之前采用的COP架構將外圍電路與存儲單元集成在同一晶圓上，但隨著層數(shù)的增加，底層電路承受的機械壓力顯著增大，這導致了可靠性的降低和散熱問題的出現(xiàn)。
隨著SK海力士和美光等競爭對手的層數(shù)超過400層，三星計劃在當年下半年開始大規(guī)模生產第十代存儲芯片V10 NAND，層數(shù)將達到420至430層的新高度。
當層數(shù)達到400多層時，存儲單元底部電路的壓力增大，可能會對電路造成損壞。這就像樓層越高，地基承受的壓力越大。
而長江存儲的Xtacking架構通過晶圓鍵合技術，成為突破400層堆疊的關鍵技術方案。
讓巨頭們繞不開的混合鍵合技術
大多數(shù)NAND閃存制造商在最初的3D NAND工藝中采用CAN方法，在后續(xù)工藝中遷移到CUA架構。
美光和Solidigm在32層3D NAND路線圖之初就實施了CUA架構。
在傳統(tǒng)3D NAND架構中，外圍電路約占芯片面積的20—30%。
隨著3D NAND技術堆疊層數(shù)的增加，外圍電路所占芯片面積可能達到50%以上，這導致了存儲密度的降低。
同時，這種方法最多可容納300多層的NAND，否則施加于底部電路上的壓力可能會對電路造成損壞。
為解決這一問題，長江存儲早在2018年推出了全新的Xtacking技術，推動了高堆疊層數(shù)的3D NAND制造轉向CBA（CMOS鍵合陣列）架構。
NAND晶圓和CMOS電路晶圓可以在不同的生產線上制造，使用各自優(yōu)化的工藝節(jié)點分別生產，這不僅可以縮短生產周期，還可以降低制造復雜度和成本。
對于三星、SK海力士等傳統(tǒng)3D NAND大廠而言，他們在傳統(tǒng)的單片晶圓生產方面具有顯著的技術優(yōu)勢和產能優(yōu)勢。
若要從傳統(tǒng)的單片晶圓生產轉向CBA架構的雙片晶圓生產，無疑需要額外投資于新的潔凈室空間和設備；
同時，還需面對混合鍵合技術帶來的良率挑戰(zhàn)，這也使得他們轉向CBA架構的意愿并不強烈。
盡管SK海力士和美光分別在2020年和2022年從Xperi獲得了混合鍵合技術的授權。
但由于轉向CBA架構的遲緩，使得三星、SK海力士等大廠在面對已在CBA架構3D NAND和配套的混合鍵合技術上持續(xù)投入多年的長江存儲時，將不可避免地面臨專利方面的障礙。
長江存儲在建立技術優(yōu)勢方面，四年前已將混合鍵合技術應用于3D NAND制造，并將其命名為[晶棧（Xtacking）]。
起初，長江存儲通過與Xperi簽署許可協(xié)議，獲得了混合鍵合技術的原始專利，并在此基礎上構建了全面的自主專利體系，目前在全球混合鍵合技術領域處于領先地位。
目前，長江存儲自主研發(fā)的Xtacking技術已發(fā)展至4.x版本，并已開始供應其第五代3D TLC NAND閃存產品（具有294層結構，其中包含232個有源層），成為目前商用3D NAND產品中堆疊層數(shù)最多、存儲密度最高的產品。
長江存儲作為最早將混合鍵合技術應用于3D NAND的公司，在相關技術領域擁有強大的專利積累，截至目前，其專利申請總數(shù)已超過1萬件。
3D NAND未來競爭圍繞亞洲諸強展開
當前，全球范圍內正積極展開對尖端半導體技術的爭奪，其中，下一代NAND閃存領域，以其高集成度的優(yōu)勢，競爭尤為激烈。
作為該領域的主導者，三星電子盡管連續(xù)多年占據行業(yè)領先地位，但在技術上的優(yōu)勢已不再明顯。
根據TrendForce的統(tǒng)計數(shù)據，截至去年第三季度，三星電子在全球NAND市場中以35.2%的份額位居首位。
緊隨其后的是SK海力士（20.6%）、日本鎧俠（15.1%）和美國美光（14.2%）。盡管長江存儲在整體市場份額上尚未取得顯著優(yōu)勢，但在技術層面正迅速縮小與韓國企業(yè)的差距。
在市場中，3D NAND閃存的最高量產層數(shù)為SK海力士的321層；三星電子量產的最高層數(shù)為286層；美光則為276層。
長江存儲的量產最高層數(shù)為232層，但據今年1月的消息，長江存儲已經開始出貨第五代294層NAND。
此外，日本鎧俠亦展現(xiàn)出強勁的競爭態(tài)勢，目前量產的NAND為218層芯片。
近日，鎧俠宣布與閃迪聯(lián)合開發(fā)的第10代BiCS 3D NAND閃存，其3D堆疊層數(shù)達到了前所未有的332層。
去年八月，SK海力士公司透露，其正在研發(fā)400層堆疊的NAND閃存技術，并計劃于2025年實現(xiàn)大規(guī)模量產。
此外，SK海力士預計將在三月完成對英特爾NAND業(yè)務的收購，此舉預計將顯著提升其在全球NAND市場的競爭力。
中國領先的DRAM半導體制造商長鑫存儲科技正致力于追趕行業(yè)巨頭三星和SK海力士。
長鑫存儲正在加速推進下一代DRAM技術的研發(fā)，并且并未按照原定計劃采用17nm制程技術于首款商用DDR5產品，而是直接采用了更為先進的16nm制程技術。
報告指出，在商業(yè)化技術層面，韓國僅在高密度、電阻式存儲器技術以及半導體和先進封裝技術方面保持領先。
然而，在整個半導體行業(yè)技術生命周期的評估中，韓國在工藝和量產方面領先，但在基礎、源頭和設計領域則落后于中國。
隨著中國半導體產業(yè)的迅猛發(fā)展，全球半導體行業(yè)的格局將發(fā)生改變，美國、日本和韓國的壟斷地位將難以維持。
結尾：
與GPU、CPU等芯片類似，存儲芯片同樣面臨著生態(tài)挑戰(zhàn)。
目前，存儲芯片的EUV光刻機、原子層沉積設備等仍依賴ASML、應用材料等國際供應商，在大環(huán)境不確定的背景下，國產廠商依然面臨挑戰(zhàn)。
同時，海外廠商通過[技術聯(lián)盟+價格戰(zhàn)]的策略也在沖擊著國產廠商的市場份額。
未來存儲芯片市場將演變?yōu)閷＠?、產能、生態(tài)的全面競爭。
部分資料參考：財經：《韓媒稱三星、SK海力士將使用長江存儲專利技術，國產存儲芯片替代提速》，卓乎：《三星將使用長江存儲技術，用于下一代NAND》，心智觀察所：《求救長江存儲，三星著急了》，電手：《三星使用長江存儲專利！韓專家：半導體快全面落后中國》，觀網財經：《歷史一幕！長江存儲向三星授權關鍵技術專利》，酷玩實驗室：《三星向長江存儲[交學費]：一場[倒反天罡]的大戲》
