[Peace & Chips]继NAND后DRAM也掀起“堆叠”竞赛…三星·海力士提升HBM层数

最近，存储半导体行业正掀起一轮新的“堆叠大战”。过去主要是在闪存（NAND Flash）领域堆叠竞争尤为激烈，如今在动态随机存取存储器（DRAM）领域，也不断出现提高堆叠层数的尝试。这都是因为用作人工智能（AI）存储器、需求激增的高带宽存储器（HBM）。

HBM是一种高性能DRAM，通过将多颗DRAM芯片垂直堆叠并相互连接，以提升数据处理速度。自从2013年首次开发以来，HBM已经从第一代（HBM）、第二代（HBM2）、第三代（HBM2E）、第四代（HBM3）、第五代（HBM3E）一路演进。目前，已经出现了将12颗DRAM裸片堆叠而成的HBM3E 12层产品。

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存储行业一直在高度化HBM技术的同时，不断提高产品的堆叠层数。先后推出了4层、8层、12层产品，每次以4层为单位提高，从而扩大容量。之所以要以4层为一个台阶进行堆叠，是因为需要符合国际半导体标准化组织（JEDEC）制定的HBM规格。

就最新一代产品HBM3E而言，继8层产品之后，12层产品也已问世。随着进入AI时代，数据处理量急剧增长，由此带来的存储器课题也不断增多，因此不仅性能要提升，容量也必须同步扩大。这正是HBM市场上堆叠竞争日益突出的原因。

三星电子今年2月曾推出业界最大容量的36吉字节（GB）12层HBM3E。在SK海力士在HBM市场表现抢眼的背景下，三星为夺回主导权，快速推出新产品，发起“抢速度”的攻势。最近，三星还表示，将在第二季度内实现HBM3E 12层产品的量产。

随后，SK海力士本月也调整了HBM路线图时间表。原本计划明年供应的HBM3E 12层产品，将提前至第三季度量产。公司还细化了计划，表示将从本月起向客户提供该产品的样品。

图片由联合新闻提供

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半导体行业预计，从明年以后，有望见到采用16层堆叠的第六代HBM4。由于HBM市场竞争加剧，产品推出周期不断缩短，业界普遍认为，堆叠层数高于目前水平的HBM即将登场。

随着HBM世代不断演进、堆叠层数持续提升，最终将由技术成熟度更高的企业夺得市场“王冠”的可能性极大。在这一过程中，三星电子与SK海力士在HBM制造方式上的差异将带来怎样的结果，正受到业界关注。

在将DRAM进行堆叠并连接的过程中，HBM需要在芯片上打出数千个微小孔洞，通过硅通孔（TSV）工艺以电极连接芯片。三星电子采用的是在芯片之间加入一层薄的非导电膜（NCF），再通过加热压合的“TC-NCF”方式生产产品。SK海力士则采用先对芯片加热，再在芯片之间注入液态保护材料并使其固化的“MR-MUF”方式。

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市场评价认为，SK海力士通过采用MR-MUF工艺提升了HBM良率，从而增强了产品竞争力。三星电子则表示，随着HBM堆叠层数增加，会出现弯曲问题，自家制造方式在这一点上优势更大，因此信心十足。SK海力士则强调，MR-MUF技术适用于高层数堆叠，并已预告将以该工艺推出16层HBM4。

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从中长期来看，两家公司很可能都会采用新的制造方式——“混合键合”（Hybrid Bonding）。所谓混合键合，是指取消设置在芯片之间、用于导电的焊凸点（导电凸起），改为直接将芯片互相键合。随着HBM堆叠层数提高，这一方式将成为必需，但其技术难度极高，因此相关研究正如火如荼地展开。未来在混合键合实现之后所展开的行业竞争，也因此备受关注。

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