混合键合：NAND技术新纪元

近年来，存储市场经历了一场前所未有的全面涨价潮。无论是通用DRAM还是NAND闪存，从PC、手机到企业级SSD，价格都在快速攀升。AI服务器与高密度存储需求的叠加增长，使得上游产能紧张，库存转向健康区间，原本低迷的存储周期正在被迅速推高。

在此背景下，NAND厂商对下一代技术路线的选择变得至关重要。任何一个节点的领先或落后，都将在未来两三年内的成本与性能竞争中产生显著差距。

在这一轮涨价周期中，SK海力士做出了一项颠覆性的决定：在300层NAND节点提前引入混合键合（Hybrid Bonding）。原本业界预期这一技术会在400层之后才会启动，如今被海力士提前一代拉入量产路线。

提前一个世代的决策背后，是残酷的市场竞争。三星电子正全力冲刺400多层的V10 NAND，其采用的混合键合外围单元（CoP）架构已经完成技术验证。尽管三星V10的量产之路并不顺利，但其技术路线的清晰度给竞争对手带来了巨大压力。

日本铠侠同样值得关注。这家全球第三大NAND供应商已将混合键合技术命名为CBA（CMOS直接键合阵列），并于2023年开始在其218层的第八代BiCS 3D NAND中应用。铠侠近期发布的332层第十代3D闪存，将位密度提高了59%，NAND接口速度提升33%。

面对三星的技术冲刺和铠侠的稳健推进，海力士发现自己处于一个尴尬的位置。如果继续坚持传统架构，不仅技术路线落后，还会在高端市场失去竞争力。

值得注意的是，海力士今年8月已完成321层2Tb QLC NAND的开发并启动量产。尽管这是基于传统架构的优化，但要在下一代V10上真正与竞争对手站在同一起跑线，混合键合已经成为不可回避的选择。

为何混合键合成为必选项？

对于NAND厂商而言，随着层数的不断攀升，采用混合键合的必要性正在不断增加。

当NAND层数突破300层后，传统的单片制造架构开始遭遇系统性瓶颈。在PUC（Peri under Cell）架构中，外围电路被构建在晶圆的最底部，而数百层的存储单元堆叠在其上。这意味着外围电路必须承受整个堆叠制程的高温考验，导致晶体管性能退化、良率恶化。

根据业内人士透露，SK海力士在321层V9 NAND之前一直采用PUC工艺。但随着层数增加，外围电路故障的可能性也随之增加。三星在推进V9（286层）到V10（400+层）的过程中，同样面临这一挑战。

混合键合提供了一个优雅的解决方案。这项工艺将存储单元晶圆和外围电路晶圆分别制造，然后通过纳米级精度的对准和键合，将它们结合在一起。分离制造的好处是显而易见的：外围电路不再需要承受数百层堆叠的高温工艺，可以使用最适合的制程技术进行优化；存储单元的制造也不受外围电路的限制。

以铠侠的CBA技术为例，通过将3D NAND单元阵列晶圆和I/O CMOS晶圆分别制造后键合，不仅实现了位密度的提升，还大幅改善了NAND I/O速度。在其332层的第十代产品中，结合Toggle DDR6.0接口标准等技术，实现了高性能与低功耗的平衡。

三星的混合键合架构则被称为混合键合外围单元（CoP），应用于其400多层的V10 NAND。尽管量产进度受到影响，但这一架构的技术优势已经得到验证。

然而，混合键合的难度也不容小觑。不同晶圆上的数百个芯片必须在纳米级精度上精确重叠并键合。这需要极高的设备精度和工艺控制能力。

全球厂商的技术博弈

混合键合技术的兴起，让全球NAND产业格局出现了近十年来最显著的技术路线分化。

三星的双轨战略

作为全球NAND市场的长期霸主，三星选择了最激进的路线：在追求超高层堆叠的同时，大规模导入混合键合技术。其400多层V10 NAND采用双串堆叠架构，结合混合键合外围单元（CoP），试图在层数和架构两个维度同时领先。

然而，这种激进策略也带来了巨大的工艺挑战。V10 NAND需要在超低温环境下进行蚀刻，而传统工艺的温度仅为常规水平。这导致三星的量产计划推迟至明年上半年。

铠侠的稳健路线

相比三星的激进，铠侠选择了更加稳健的推进策略。其CBA架构于2023年开始应用于第八代BiCS 3D NAND，经过充分验证后，再推进到第十代产品。

这种稳健策略的优势在于良率控制。铠侠在ISSCC 2025上展示的332层3D闪存，不仅位密度提高59%，而且功耗表现优异。更重要的是，通过与西部数据的联合开发，铠侠能够分摊巨额的研发投资。

长江存储的先发优势

在这场混合键合竞赛中，中国长江存储展现出了独特的优势。作为行业新秀，长江存储从2018年就开始将名为Xtacking的混合键合技术应用于64层NAND。

长江存储在这项技术上的长期积累，使其能够在全球NAND厂商普遍缩表的2024年选择逆势扩张。

海力士的加速追赶

SK海力士在这场变局中的处境最为微妙。作为全球第二大NAND厂商，海力士在混合键合技术上起步相对较晚。面对竞争对手的加速推进，海力士不得不提前布局。

海力士计划明年通过V10测试线完成研发，并于后年年初开始全面量产。为此，公司将继续投资NAND业务。

为何偏偏是现在？

企业级SSD需求的爆发式增长以及AI大模型的崛起成为根本推动力。这种爆炸式的数据需求直接拉动了企业级SSD和数据中心存储市场的快速增长。

据SK海力士透露，公司今年上半年还在囤积NAND库存，但下半年由于企业级SSD需求激增，工厂已接近满负荷运转。

迈向1000层

混合键合技术的突破为NAND厂商堆叠超高层数注入了信心。目前，三星已宣布将在2030年开发出1000层NAND闪存。

然而，要真正实现1000层堆叠需要突破一系列极限工程难题。目前产业采用的技术路径是：先在不同晶圆上分别制造存储阵列，然后通过混合键合在纳米级精度下将多个晶圆“无缝拼接”。

设备厂商的准备

目前而言，混合键合要真正落地量产对设备的要求前所未有。声学显微等技术已经成为检测晶圆对晶圆界面缺陷的关键手段。

结语

对于NAND厂商而言，堆叠层数依旧是首要目标之一。但随着混合键合的应用成熟，架构创新也被提上了日程。

未来的NAND可能不仅是单纯实现1000层堆叠，而是层数、架构、材料、工艺的综合优化。