據韓國媒體ZDNet Korea 2月24日報道稱，三星電子近期已與中國存儲晶片廠商長江存儲簽署了開發堆疊400多層NAND Flash所需的“混合鍵合”（Hybrid Bonding）技術的專利許可協議，以便從其第10代（V10）NAND Flash產品（430層）開始使用該專利技術來進行製造產品（430層）開始使用該專利技術來進行製造產品（430層）。

報道稱，三星之所以選擇向長江儲存取得「混合鍵結」專利授權，主要由於目前長江儲存在「混合鍵結」技術方面處於全球領先地位。而三星經過評估認為，從下一代V10 NAND開始，其已經無法再避免長江儲存專利的影響。

3D NAND為何需要「混合鍵結」技術？

過去傳統的NAND Flash製造是只使用一塊晶圓，NAND 陣列和CMOS電路的整合要么是將CMOS電路放置在單元陣列旁（CMOS Next Array 或CAN），要么將CMOS電路放置在NAND 陣列(CUA) 下方。

大多數NAND Flash供應商在其最初的3D NAND 製程中實施CAN 方法，然後在後續製程中遷移到CUA架構。光是美光和Solidigm 在32 層3D NAND 路線圖之初就實作了CUA架構。隨後三星、SK海力士也轉向了CUA架構，三星稱之為COP（Cell-on-Perry），SK海力士稱之為PUC（Cell-Under-Cell）。

在傳統3D NAND架構中，外圍電路約佔晶片面積的20~30%。而隨著3D NAND技術堆疊到128層甚至更高，外圍電路所佔據的晶片面積或將達到50%以上，這也造成了儲存密度的降低。同時，此方法最多可容納300多層的NAND，否則施加於底部電路上的壓力可能會對電路造成損壞。

為了解決這個問題，長江儲存早在2018年推出了全新的Xtacking技術，推動了高堆疊層數的3D NAND製造開始轉向了CBA（CMOS 鍵結陣列）架構。

△圖片來源：YMTC

CBA 架構則是將兩塊獨立的晶圓分別製造NAND陣列和外圍CMOS邏輯電路，然後將CMOS邏輯電路堆疊在NAND陣列之上。

由於NAND晶圓和CMOS電路晶圓可以在不同的生產線上製造，因此可以使用各自優化的製程節點分別生產，不僅可以縮短生產週期，還可以降低製造複雜度和成本。同時，CBA 架構也可以使得NAND晶片的每平方毫米的儲存密度、效能和可擴充性可以進一步提高。

而對於採用CBA架構的NAND廠商來說，要想將分別用於製造NAND陣列和外圍CMOS邏輯電路的兩片晶圓進行完美的垂直互連，就必須要用到混合鍵結技術。

目前混合鍵結技術主要有兩類，晶圓到晶圓（Wafer-to-Wafer， W2W）和裸片到晶圓（Die-to-Wafer， D2W）。

CBA架构的NAND正是基于W2W的混合键合技术，省去了传统芯片连接中所需的“凸点”（Bump），形成间距为10μm 及以下的互连，使得电路路径变得更短、I/O密度大幅提升，从而显著提高了传输速率，并降低了功耗，同时还减少芯片内部的机械应力，提高产品的整体可靠性。

同時，由於堆疊層數越來越高，未來NAND Flash前端的整合也由原始的NAND陣列（Array）+CMOS電路層堆疊，轉向NAND陣列+NAND陣列+CMOS電路層堆疊，因此也帶來更多的「混合鍵結」需求。

可以說，對於3D NAND廠商來說，要發展400層以上的NAND堆疊，混合鍵結技術已經成為了核心技術。

長江儲存已建立技術優勢

作為率先轉向CBA架構的3D NAND廠商，長江儲存在2018年推出自研的Xtacking技術之後，在CBA架構方向上已經進行了大量的投資。 2021年，長江儲存也與Xperi達成DBI混合鍵結技術等相關專利組合許可。這些方面的積極投入都成為了長江儲存能夠快速在數年時間內在NAND Flash技術上追平國際一線廠商的關鍵。

目前，長江儲存自研的Xtacking技術已經進展到了4.x版本，並且成功量產了160層、192層、232層產品。最新研究報告顯示，長江儲存今年稍早也成功實現了2yy（預估270層）3D TLC（三級單元）NAND 商業化。

雖然目前頭部的3D NAND大廠都已經量產了200層以上的3D NAND，並積極量產300層3D NAND，甚至開始向400層以上邁進。

例如，2024年11月，SK海力士宣布即將開始量產全球最高的321層3D NAND。三星隨後也宣布將在國際固態電路會議（ISSCC）上展示了新的超過400層3D NAND，介面速度為5.6 GT/s。但是，長江儲存2yy 3D NAND 依然是目前已經商用的3D NAND產品當中堆疊層數最高、儲存密度最高的。

TechInsights表示：“長江儲存的2yy 3D NAND是我們在市場上發現的密度最高的NAND”，“最重要的是，它是業內第一個實現超過20Gb/mm?位元密度的3D NAND”。

顯然，雖然長江儲存近年來發展受到了外部的各種限制，其依然憑藉自研的Xtacking技術居於行業領先地位。這其中的關鍵在於，長江儲存率先轉向CBA架構，並實現了混合鍵合的技術良率穩定。在這個過程當中，長江儲存在Xperi混合鍵結技術基礎上，也已經累積了非常多自研的混合鍵合技術和其他3D NAND製造技術專利。

值得一提的是，在2023年11月，長江儲存在美國起訴3D NAND晶片大廠美國侵犯其8項3D NAND專利。

隨後在2024年7月，長江儲存又在美國起訴美光侵害其11項專利。這也從側面凸顯了長江儲存近年來在3D NAND領域豐富的技術專利累積。

大廠轉向CBA架構遲緩

對於三星、SK海力士等傳統3D NAND大廠來說，其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。但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無塵室空間和設備的額外投資，同時也將面臨混合鍵結技術所帶來的良率挑戰，這也使得他們轉向CBA架構的意願並不積極。

作為從東芝半導體獨立出來的鎧俠，其是繼長江存儲之後首批採用CBA 架構技術大規模生產3D NAND產品的主要製造商，但是他們的基於CBA架構的第八代技術（BiCS8）的218層3D NAND直到2024年下半年才量產。

SK海力士和美光雖然分別在2020年和2022年向Xperi（子公司Adeia）拿到了混合鍵結技術的授權。但是，SK海力士、美光都計畫2025年才量產基於CBA 架構的300層以上的3D NAND。三星則計畫於2026年（最快2025年底）才量產基於CBA架構的第10代堆疊層數超過400層的V-NAND。

TechInsights 的Jeongdong Choi 博士在最近接受記者採訪時表示，“長江存儲在如此短的時間內實施了超過16 層和232 層的層數，這令人驚訝。儘管面臨設備採購上的限制，但似乎蝕刻、ALD（原子層沉積）工藝和翹曲預防工藝都得到了很好的優化。”

相較之下，「三星從V10開始，採用三重堆疊，總共使用兩個晶圓的混合鍵合。由於工藝轉換和新設施投資等許多變化，製造成本必然比長期使用混合鍵合的長江存儲高得多。」Jeongdong Choi解釋道。

難以規避的專利壁壘

正因為三星、SK海力士等大廠轉向CBA架構的遲緩，使得它們在面對已經在CBA架構3D NAND和配套的混合鍵合技術上已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。

資料顯示，目前混合鍵結技術專利主要由Xperi、長江儲存和台積電所掌控。但是，Xperi這家公司主要是做技術許可，而台積電也主要是做邏輯晶片製造，顯然長江存儲在3D NAND研發製造過程當中所積累的混合鍵合技術專利對於其他3D NAND製造商來說，想要規避可能將面臨更大的挑戰。

ZDNet Korea報告稱，多位知情人士表示，三星與長江儲存簽署「混合鍵合」技術專利授權協議，是因為三星的判斷是「開發V10、V11 和V12 等下一代NAND Flash，幾乎不可能規避長江儲存的專利」。

根據三星的計劃，其目標是最快在今年年底開始量產V10，因此需要在此之前盡快解決相關專利問題。

所以，三星與長江儲存簽署了與混合鍵合專利相關授權協議的舉動，被認為是一種透過友好合作，來加速技術開發的策略。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。

對於長江儲存來說，此次向三星這樣的頭部儲存技術大廠提供專利許可，屬於是中國儲存產業歷史上的首次，充分凸顯了長江儲存在3D NAND領域的技術創新實力。

值得一提的是，在得到了三星的認可之後，SK海力士等尚未量產CBA架構產品的3D NAND廠商後續可能也將會尋求向長江存儲獲取“混合鍵合”專利許可授權。