DRAM微缩走到极限,三星、SK海力士、铠侠掀3D记忆体堆叠大战
人工智慧(AI)算力需求爆发正推动记忆体产业迎来结构性转变。随着 DRAM 与 NAND 微缩逼近物理极限,三星电子 (KR005930) 、SK 海力士 (000660KS) 与铠侠纷纷转向 3D 堆叠、混合键合等新技术,显示未来记忆体竞争将从製程微缩转向晶片堆叠与先进封装之战,掌握奈米级键合技术者,将成为 AI 记忆体新时代的关键赢家。
随着 AI 大模型对海量资料吞吐与储存容量的需求暴增,传统半导体记忆体晶片正面临数十年来最严峻的物理极限。平面 DRAM 传统的 6F2 单元架构微缩红利已接近枯竭,而单晶圆堆叠的 3D NAND 也面临薄膜应力与电流衰减等物理墙。
在最新登场的国际半导体顶级盛会2026 VLSI Symposium上,全球记忆体巨头纷纷发表最新架构,宣告记忆体产业竞争已从传统的平面微雕全面转向立体攻坚。
在高速挥发性记忆体(DRAM)领域,韩系两大巨头展现了截然不同却同样关键的技术路线:
SK 海力士(SK Hynix)突破平面极限为解决传统 6F2 架构造成的电磁干扰与漏电问题,SK 海力士发表了最新垂直通道 4F2 单元 DRAM 技术。
该技术将电晶体通道改为垂直排列,直连电容与字线 / 位线交叉点。
透过双闸极(Dual-gate)结构与薄膜硅通道,成功抑制闸极诱导汲极洩漏(GIDL),提高资料保持时间;同时利用相邻晶体管共享背闸的设计降低串扰噪声,被视为 DRAM 迈向全 3D 架构前最具商业化潜力的过渡方案。
三星电子开启 3D DRAM 时代三星则首度展示名为VS-DRAM的 3D DRAM 架构,成功将 16 层储存单元进行垂直堆叠。
为解决驱动性能问题,三星导入环绕闸极(GAA)结构,并透过晶圆级Peri-on-Cell熔融键合技术,将周边控制电路晶圆与记忆体阵列晶圆接合,再以硅穿介质通孔(TSDV)建立电气连接,展现了高吞吐 I/O 的坚实技术储备。
NAND 层数大战:铠侠携手 Sandisk 瞄準 1000 层超高堆叠在 NAND 快闪记忆体领域,单一晶圆堆叠层数达到 300 至 400 层后,正面临深孔刻蚀导致电流衰减与晶圆弯曲等严重反噬。
对此,铠侠(Kioxia)与 SanDisk(SNDKV-US) 联手发表多晶圆混合键合技术(MSA-CBA)。
该方案不再强求于单一晶圆上堆叠极限,而是透过多块晶圆进行多次铜 - 铜(Cu-Cu)混合键合。
首先将控制电路晶圆与第一层记忆体晶圆进行正面对正面接合,随后再透过背面重布线将第二、第三块记忆体晶圆以背面对正面持续向上堆叠,不仅顺利验证了 QLC 写入稳定度,更宣告打通迈向 1000 层以上超高层数 NAND 的技术道路。
产业观察:先进封装与混合键合跃升记忆体新霸主业界分析指出,从 VLSI 2026 发表的技术可以看出,记忆体晶片的升级逻辑已从纯粹的材料化学与微影微缩,转变为物理微观结构与先进键合封装的深度协同。
不论是三星的 TSDV 介质通孔,或是铠侠的 Cu-Cu 混合键合,混合键合与晶圆级对準技术已不再只是后段封装的手艺,而是直接跃升为晶圆厂设计核心架构的先决条件。
无论是三星或铠侠,想要实现更高密度的多层晶片堆叠,关键已不只是製程节点,而是如何将不同晶圆以奈米等级精準对接,实现近乎无缝整合的混合键合。
未来记忆体竞争的核心,将从谁能把电路做得更小转向谁能把晶片堆得更高、更精準。因此,掌握高精度晶圆键合设备、晶圆薄化与化学机械研磨技术,以及先进封装能力的企业,正逐渐成为下一代半导体竞赛中不可忽视的关键力量。