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今天半導(dǎo)體行業(yè)迎來重大消息！根據(jù)印科技的報道：國內(nèi)領(lǐng)先的NAND FLASH存儲公司Y公司，與芯片存儲巨頭韓國三星達(dá)成合作，三星已經(jīng)確認(rèn)從V10開始，將使用來自中國同行Y公司的專利技術(shù)，主要就是在新型先進(jìn)封裝技術(shù)“混合鍵合”方面。三星選擇與Y公司簽署混合鍵合專利許可協(xié)議，來避免潛在的專利風(fēng)險！
存儲領(lǐng)域的國貨之光在整個半導(dǎo)體行業(yè)里，存儲領(lǐng)域是其最大的細(xì)分市場，存儲芯片包括了常見的DRAM（內(nèi)存）和NAND FLASH（閃存），以及其他如Nor FLASH，EEPROM，OTP等規(guī)模較小的存儲芯片品種。其中NAND FLASH此類閃存廣泛用于消費電子，工業(yè)，PC，汽車，以及最近大火的AI行業(yè)，作為數(shù)據(jù)永久存儲的最重要載體。
2023年NAND FLASH經(jīng)歷行業(yè)低谷期，全球市場約500億美金規(guī)模，但是隨著消費復(fù)蘇，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)好，半導(dǎo)體行業(yè)又一次迎來了上升周期，預(yù)期2024年可達(dá)600-650億美金，到2030年樂觀估計可達(dá)上千億美金，CAGR約7%-8%。整個NAND+DRAM近幾年平均市場規(guī)模在1500-1700億美金之間，占據(jù)整個芯片市場的20%-30%，所以NAND FLASH的量價變化會極大影響整個半導(dǎo)體行業(yè)的規(guī)模，可以稱得上是“行業(yè)風(fēng)向標(biāo)”。
當(dāng)NAND 量價齊升的時候往往視為行業(yè)景氣來臨，當(dāng)下跌的時候則視為行業(yè)進(jìn)入低谷。因此NAND FLASH 堪稱半導(dǎo)體行業(yè)的“豬肉指數(shù)”，行業(yè)好不好，是不是景氣，看看NAND FLASH就知道了。在過去多年，中國在這塊最重要的芯片細(xì)分領(lǐng)域幾乎是零。
整個行業(yè)被國外巨頭所壟斷，包括韓國存儲芯片雙雄三星和SK海力士，美光，鎧俠存儲（原東芝存儲），WDC西部數(shù)據(jù)（原SD公司），英特爾在2年前選擇退出NAND市場，并將所有資本打包出售給SK海力士控股集團(tuán)，因此又少了一位玩家，行業(yè)集中度進(jìn)一步提高。因此時至今日整個NAND行業(yè)僅剩三星，海力士，美光，鎧俠，WD以及中國Y公司，全球范圍內(nèi)上規(guī)模的只有區(qū)區(qū)六家公司。中國Y公司作為后起之秀，承擔(dān)起補(bǔ)齊國家最或缺的NAND領(lǐng)域短板，目前Y公司的產(chǎn)品力與國外巨頭對比，絲毫不遜色，堪稱國貨之光！Xtacking技術(shù)為何方神圣？
2020年4月，Y公司官宣，其128層QLC的3D NAND（型號為X2-6070）研發(fā)成功，并且在多家主控廠家SSD等終端存儲產(chǎn)品上通過驗證。作為國內(nèi)首款128層QLC規(guī)模的3D NAND，X2-6070產(chǎn)品擁有最高的單位面積存儲密度，最高的I/O傳輸速度和最高單顆NAND 閃存芯片容量。
當(dāng)時的Y家的銷售高級副總裁Grace表示：“作為閃存行業(yè)的新人，Y公司用短短3年時間實現(xiàn)了從32層到64層再到128層的跨越。這既是數(shù)千工程師汗水的凝聚，也是全球產(chǎn)業(yè)鏈上下游通力協(xié)作的成果。隨著Xtacking 2.0時代的到來，Y公司有決心，有實力，有能力開創(chuàng)一個嶄新的商業(yè)生態(tài)，讓我們的合作伙伴可以充分發(fā)揮他們自身優(yōu)勢，達(dá)到互利共贏?！?/p>
NAND FLASH自上世紀(jì)80年東芝發(fā)明后，成為目前最主流的半導(dǎo)體存儲方案，無論在消費電子，移動端，PC端，服務(wù)器端，工業(yè)側(cè)，汽車電子等方面，NAND FLASH憑借優(yōu)異的讀寫性能，高可靠性，更小體積，占據(jù)了相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)永久存儲的工作，讓原來的機(jī)械式硬盤進(jìn)入淘汰邊緣。
隨著NAND FLASH的需求大爆發(fā)，每家公司都使出渾身解數(shù)來搶奪這塊大蛋糕，目標(biāo)只有一個如何提供一個更高密度，更便宜成本，更好的產(chǎn)品性能，最終打敗競爭對手，奪取市場份額。作為后期之秀的Y公司拿出的了自己的獨門秘籍——Xtacking！早在2018年，Y公司就發(fā)布了第一代Xtacking。所謂Xtacking，實際上在一片晶圓上獨立加工負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出及記憶單元操作的外圍電路，俗稱外圍I/O，這樣的邏輯電路加工工藝，可以讓NAND獲取所期望的高I/O接口速度和功能。
另外一片晶圓上做核心的存儲單元——Cell，主要是電容器結(jié)構(gòu)以及捕獲電子的結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩片晶圓各自完工后，創(chuàng)新的Xtacking技術(shù)只需一個處理步驟就可通過數(shù)百萬根金屬VIA(Vertical Interconnect Accesses，垂直互聯(lián)通道)將二者鍵合接通電路，而且只增加了有限的成本，這就是混合鍵合技術(shù)。如果更通俗易懂的理解，將數(shù)百甚至數(shù)千根管腳進(jìn)行準(zhǔn)確且無誤差的對準(zhǔn)鍵合，類似于醫(yī)學(xué)上的“斷指再植”，難度可見一斑！從技術(shù)角度理解，總結(jié)其優(yōu)勢為：
1、外圍電路置于存儲單元之上，不占實際芯片面積，提高存儲密度；
2、存儲單元，外圍電路分別在兩片wafer上加工，縮短生產(chǎn)工序和周期；
3、外圍電路單獨加工，與存儲單元可以互相獨立設(shè)計、生產(chǎn)、消除二者之間的設(shè)計、工藝牽制，在實現(xiàn)更高性能的同時，降低設(shè)計和工藝方面的難度；
4、外圍電路面積與存儲單元面積幾乎相等，遠(yuǎn)超現(xiàn)有主流3D NAND架構(gòu)的外圍電路面積，相對于外圍電路晶體管密度可以比較低，NAND顆?？梢允褂美系某墒旃に嚬?jié)點，工藝難度和成本都不會太高，提高良率。
傳統(tǒng)3D NAND架構(gòu)中，外圍電路約占芯片面積的20~30%，降低了芯片的存儲密度。隨著3D NAND技術(shù)堆疊到128層甚至更高，外圍電路可能會占到芯片整體面積的50%以上。Xtacking技術(shù)將外圍電路置于存儲單元之上，從而實現(xiàn)比傳統(tǒng)3D NAND更高的存儲密度
從商業(yè)上看我們也能發(fā)現(xiàn)：
1、相比傳統(tǒng)COP路線，芯片制造技術(shù)難度降低，有利于提高良率；
2、兩片wafer分開加工，特別是I/O部分甚至可以交由合作伙伴生產(chǎn)，變相擴(kuò)大產(chǎn)能；
3、Cell和I/O可以使用不同的工藝節(jié)點，在工藝難度，成本，效率，良率上找平衡點，并取得突破；這點早在AMD Zen1/2構(gòu)架時代便證明其優(yōu)越性。當(dāng)時的AMD新款Zen1/2構(gòu)架CPU，核心單元用更好的工藝節(jié)點，外圍I/O用了一次級工藝。當(dāng)時AMD核心CCD單元使用了TSMC的7nm工藝，外圍I/O第一版為GF的14nm工藝，第二版為TSMC的12nm，分開制造后最后再次拼接，對外宣傳依然為7nm芯片。
由于I/O部分對制程節(jié)點要求相對較低，而且并不隨著更先進(jìn)的工藝節(jié)點演進(jìn)而展現(xiàn)更強(qiáng)性能，而核心CCD模塊則用更先進(jìn)的7nm，AMD這套方案是典型的好鋼用刀刃上，在效率，良率，成本，性能之間找到了完美平衡點，從那會兒開始AMD原地起飛，并且一腳踩爆英特爾的牙膏，一直到現(xiàn)在完全把英特爾按地上摩擦，蘇媽和“Zen構(gòu)架叔叔硅仙人Jim Keller”功不可沒！所以Xtacking技術(shù)路線屬于業(yè)內(nèi)正確的技術(shù)方向！
混合鍵合異軍突起鍵合工藝在半導(dǎo)體行業(yè)并不是新鮮事物。目前大致分三種臨時鍵合，永久鍵合，混合鍵合。臨時鍵合常見在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，IGBT等主要是在晶圓背面提供支撐力的臨時載片，比如玻璃晶圓等，因為化合物襯底，多脆且易碎，對于加工環(huán)節(jié)有很大挑戰(zhàn)，比如磷化銦，磷化銦這種化合物半導(dǎo)體材料常用于于光電領(lǐng)域的芯片制造，但是其自身非常脆弱，甚至自支撐力連自重都撐不了，拿手上就會斷裂，因此需要在磷化銦背面使用臨時鍵合設(shè)備鍵合一層其他載體作為支撐。
同理IGBT，IGBT作為垂直型器件，電流需要從背面經(jīng)過，因此正面工藝完成后需要對其減薄。目前大電流的產(chǎn)品，其背面減薄至60微米以內(nèi)，這樣的厚度和磷化銦一樣非常脆弱，因此也需要臨時鍵合設(shè)備來附上一層玻璃晶圓作為其載體，事后還要再解鍵合，因此叫臨時鍵合工藝。永久鍵合以前在SOI硅上見過，早期SOI硅片制造工藝，是通過兩片含有二氧化硅層的硅晶圓鍵合而來，現(xiàn)在也有但是不多見，現(xiàn)在更多的是使用離子注入法，來制造這種類似三明治夾層的SOI硅片。但是最近在先進(jìn)封裝行業(yè)大行其道。通過永健鍵合設(shè)備，直接做出了中間電路層——RDL，然后再和其他裸die貼合?；旌湘I合設(shè)備也就是本文Y公司所需的關(guān)鍵核心設(shè)備，它提供wafer-to-wafer（俗稱W2W），以及Die-to-wafar（俗稱D2W）的工藝能力。
目前國內(nèi)外能提供各種鍵合設(shè)備的公司很多，包括EVG，東京精密，芝浦，ASMI，Besi，K&S等。國內(nèi)廠家包括芯源微，蘇州芯睿，拓荊，芯慧聯(lián)新（百傲化學(xué)子公司），盛美，青禾晶元等。
如何看待三星與Y公司的合作首先，此次合作可以視為中國在半導(dǎo)體技術(shù)路線的上巨大成功！過去三星通常在單個wafer上布置控制電路，然后再其上方堆疊存儲核心單元，這種方式被稱為COP（Cell on Peripheral），但是當(dāng)NAND堆疊層數(shù)超過400層的時候，底部控制電路承受巨大壓力，會影響NAND的可靠性。
因此三星決定在V10產(chǎn)品上，使用存儲單元與控制電路分別在不同硅片制造，然后再通過混合鍵合將其合并的技術(shù)路線。三星調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，Y公司在其NAND封裝技術(shù)路線上建立了相當(dāng)多的專利，形成牢固的專利墻，就目前而言，三星想要繞過Y公司的專利墻，另起爐灶屬于幾乎不可能。因此三星選擇了與Y公司簽署混合鍵合專利的使用許可，從Y公司獲得了技術(shù)授權(quán)。因此可視中國技術(shù)路線上的巨大成功！
同時啟哥想說一句，這事不是所謂網(wǎng)民口里的“彎道超車”，正兒八經(jīng)的直線超車！
Y公司在這條技術(shù)路線上一直在努力，此番成功絕非一朝一夕之間！從2018年開始到現(xiàn)在已經(jīng)7年了！一直在往前突破，以證明自己對于行業(yè)技術(shù)方向上的正確認(rèn)知！
半導(dǎo)體行業(yè)幾乎完全是一個to B的生意，同行和客戶并不傻，所謂的彎道超車根本就不存在！
所有的變化和起伏，絕非一朝一夕之間完成，都是長久陪跑后的結(jié)果。特別是在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，長久以來流傳著這么一句名言：一代設(shè)備，一代工藝，一代芯片。
設(shè)備與新工藝是相輔相成的，在研發(fā)下一代新工藝，早就有設(shè)備公司的工程師配合FAB R&D部門共同研發(fā)，待研發(fā)成功，工藝定型之后，參與研發(fā)的設(shè)備型號也隨之確定。于是FAB的下一代工藝進(jìn)入市場，并且獲得客戶訂單后就開始擴(kuò)產(chǎn)，此時此刻就是把當(dāng)初定型的設(shè)備按照需要的數(shù)量直接下批量訂單，這個時候其他當(dāng)初未曾參與研發(fā)的設(shè)備公司哪來的機(jī)會？所以哪來的彎道超車？人家放著工藝定型的設(shè)備不用，再陪你玩一遍？當(dāng)年尼康的157nm光刻機(jī)翻車，給了研發(fā)出浸沒型DUV的ASML一個天賜良機(jī)，實際上ASML當(dāng)時也在157nm上有布局甚至在EUV上都有投入，只是一個偶然的機(jī)會發(fā)現(xiàn)了工程方案上更友好的浸沒型DUV實際效果更好。ASML能叫彎道超車嗎？人家一直緊緊和TSMC保持良好關(guān)系，從未放棄過。
當(dāng)然也不是完全沒有機(jī)會，除非行業(yè)領(lǐng)先在下一代工藝節(jié)點上做的不盡如人意，于是給了其他參與者機(jī)會。當(dāng)年8英寸年代，美商濕法設(shè)備巨頭FSI呼風(fēng)喚雨，但是在12英寸技術(shù)路線上出現(xiàn)重大失誤，一舉被DNS和TEL反超，同樣的剛開始DNS把TEL按在地上摩擦，直到TEL痛定思痛，在超臨界清洗技術(shù)上成功突破從而反超DNS。所有的案例背后我看到的都是直道超車，不存在所謂的彎道超車！記住在我們半導(dǎo)體to B行業(yè)，彎道只有翻車，從來沒有超車！此話與君共勉！歡迎加入啟哥的芯片研究所，讀萬卷書，行萬里路，不如啟哥仙人指路！
