近日，三星與長江存儲（YMTC）簽署了3D NAND混合鍵合（Hybrid Bonding）相關專利許可協議。不過，目前尚不清楚三星是否也獲得了Xperi等其他公司的專利許可。

三星從第10代V-NAND（V10）將開始采用NAND陣列和外圍CMOS邏輯電路分別在兩塊獨立的硅片上制造，因此需要長江存儲的專利技術W2W（Wafer-to-Wafer）混合鍵合技術實現 —— 通過直接將兩片晶圓貼合，省去了傳統的凸點連接，形成間距為10μm及以下的互連。從而使得電路路徑變得更短，顯著提高了傳輸速率，并降低了功耗；另外還減少芯片內部的機械應力，提高產品的整體可靠性。

三星計劃在2025年下半年開始量產下一代V10 NAND，預計該產品的堆疊層數將達到420至430層。在此之前，三星在NAND閃存采用的是COP（Cell on Peripheral）技術，即將外圍電路置于單獨的晶圓上，在其上方堆疊存儲單元。但是隨著NAND堆疊層數的增加，尤其是超過400層時，底層外圍電路的壓力會顯著提升，這可能影響芯片的可靠性。

目前掌握3D NAND混合鍵合關鍵專利的公司美國的Xperi、中國的長江存儲和中國臺灣的臺積電，這意味著三星幾乎無法繞過其他廠商的專利布局。在判斷規避長江存儲專利幾乎不可能的情況下，為了克服這一挑戰，三星選擇了和長江存儲達成專利許可協議，加速其技術研發進程，來化解未來可能出現的風險。此外，在V11、V12等后續NAND產品的開發過程中，三星仍可能會依賴長江存儲的專利技術。

除了三星，SK海力士也正在開發適用于400層以上NAND產品的混合鍵合技術，未來他們也可能需要與長江存儲簽訂專利授權協議。

長江存儲建立技術優勢

長江存儲四年前就已經將混合鍵合技術應用于3D NAND制造，并將其命名為「晶棧（Xtacking）」。初期，長江存儲通過與Xperi簽署許可協議獲得了混合鍵合技術的原始專利，隨后在該領域構建了全面的自主專利體系，目前在混合鍵合技術方面處于全球領先地位。

早在2016年，長江存儲一期項目開工建設時就開始全自研開發的一種3D NAND閃存芯片架構；2017年10月，長江存儲通過自主研發和國際合作相結合的方式，成功設計制造了中國首款3D NAND閃存。

2019年9月，搭載長江存儲自主創新Xtacking? 架構的第二代TLC 3D NAND閃存正式量產。該技術可在一片晶圓上獨立加工負責數據I/O及記憶單元操作的外圍電路，這樣的加工方式有利于選擇合適的先進邏輯工藝，以讓NAND獲取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。

目前，長江存儲自研的Xtacking技術已經進展到了4.x版本，并且開始供應其第五代3D TLC NAND閃存產品（有294層結構，其中包含232個有源層），是目前已經商用的3D NAND產品當中堆疊層數最高、存儲密度最高的。而作為從東芝半導體獨立出來的鎧俠，是繼長江存儲之后首批采用混合鍵合技術大規模生產3D NAND產品的主要制造商，但其基于新架構的第八代技術（BiCS8）的218層3D NAND直到2024年下半年才量產。

最早將混合鍵合應用于3D NAND的長江存儲在相關技術上擁有強大的專利積累，截至目前，長江存儲專利總申請數量超過1萬件。值得一提的是，長江存儲以8件專利起訴美光之后，又在2024年7月追加了11件專利的起訴，兩案并案處理。這也從側面凸顯了長江存儲近年來在3D NAND領域豐富的技術專利積累。

對于長江存儲來說，此次向三星這樣的頭部存儲技術大廠提供專利許可，屬于是中國存儲產業歷史上的首次。長江存儲實現了對三星的技術專利許可，這對于一直在堅持自主研發的中國科技企業而言，無疑是又一次重大鼓舞。而對于三星來說，專利許可協議解決了下一代NAND開發中的“核心難題”，在面對SK海力士的強勢挑戰背景下，這一突破顯得尤為重要；但也面臨市場主導權喪失的風險，以及由于專利使用可能導致的技術依賴等憂慮。

長江存儲最早找對方向

雖然長江存儲近年來發展受到了外部的各種限制，但是已經成功地將存儲密度提升至與行業領先水平相當的高度，實現了目前商業產品中最高的垂直柵密度，使得長江存儲成為了全球NAND閃存市場的有力競爭者。這其中的關鍵在于，長江存儲率先轉向CBA架構，并實現了混合鍵合的技術良率穩定。

NAND閃存制造一開始是只使用一塊晶圓，NAND陣列和CMOS電路的集成要么是將CMOS電路放置在單元陣列旁邊（CMOS Next Array或CAN），要么將CMOS電路放置在NAND陣列（CUA）下方。大多數NAND閃存廠商在最初的3D NAND工藝中實施CAN方法，在后續工藝中遷移到CUA架構。除了，美光和Solidigm在32層3D NAND路線圖之初就實施了CUA架構。

在傳統3D NAND架構中，外圍電路約占芯片面積的20~30%。而隨著3D NAND技術堆疊到128層甚至更高，外圍電路所占據的芯片面積或將達到50%以上，這也造成了存儲密度的降低。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。

為了解決這一問題，長江存儲早在2018年推出了全新的Xtacking技術，推動了高堆疊層數的3D NAND制造開始轉向了CBA（CMOS鍵合陣列）架構。而NAND晶圓和CMOS電路晶圓可以在不同的生產線上制造，使用各自優化的工藝節點分別生產，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3D NAND大廠來說，已經在傳統的單片晶圓生產方面具有很大的技術優勢和產能優勢。如果從傳統的單片晶圓生產，轉換到CBA架構兩片晶圓生產，無疑需要增加對新的潔凈室空間和設備的額外投資；同時，還將面臨混合鍵合技術所帶來的良率挑戰，這也使得他們轉向CBA架構的意愿并不積極。

而目前，對于3D NAND廠商來說，要想發展400層以上的NAND堆疊，混合鍵合是一項不得不面對的核心技術。雖然SK海力士和美光分別在2020年和2022年向Xperi拿到了混合鍵合技術的授權，但因為轉向CBA架構遲緩，使得三星、SK海力士等大廠面對已經在CBA架構3D NAND和配套的混合鍵合技術上持續投入多年的長江存儲時，將會不可不避免的面臨專利方面的障礙。除此之外，由于存在許多變化，與長期采用混合鍵合的長江存儲相比，制造成本必然會高得多。

存儲芯片行業已經是成熟市場，三星、SK海力士、美光等巨頭占據了大部分市場份額。與他們相比，長江存儲是后起之秀，2016年成立于武漢，至今不到10年。對于中國科技創新而言，長江存儲十年磨一劍的技術突破無疑令人振奮。最重要的是，在核心技術逐步追上甚至領先行業巨頭之后，如何提升產能也成為長江存儲的關鍵問題，這對能否改寫行業格局也至關重要。