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📌中国最大的 DRAM 制造公司长鑫存储(CXMT)虽已开始第四代高带宽内存(HBM3)的试生产,但其初期良率始终难以提升。据悉,该产品的良率仅停留在 25%,这一数值还不到半导体行业大规模量产标准 “黄金良率” 80% 的三分之一。与 SK 海力士从 2022 年开始量产同类产品并实现 90% 以上良率相比,两者之间存在明显差距。业内认为,造成这一差异的根本原因在于用于将多层 DRAM 堆叠并连接起来的核心工艺 —— 硅穿孔电极(TSV)技术成熟度上的差异。 🔹 📌据熟悉 CXMT 情况的半导体设备行业高层人士 9 日透露,该公司 HBM3 8 层堆叠产品在前道工序中的良率仅约为 30%。即便在经过前道工序后仍能存活下来的产品,经过后道工序处理后也只有大约 70% 能被认定为合格品。简单来说,如果开始生产 100 个 HBM3 产品,其中就有近 80 个会在最终测试中不合格。 📌据报道,CXMT 将这样生产出的少量 HBM 样品供应给阿里巴巴 T-Head、康普顿等中国公司,同时持续努力提升产品良率。问题并不出在 DRAM 本身的微缩工艺技术上。半导体设备行业的相关人士表示:“CXMT 采用 G4,(17 纳米级)工艺生产的普通 DRAM 本身并没有太大问题,” 并进一步解释称:“不过,用于 HBM 的 DRAM 芯片面积比普通产品更大,其电气性能要求也更为严格,即便使用相同的工艺,要达到合格标准也困难得多。” 📌这意味着,尽管 CXMT 在制造普通 DRAM 方面的基础技术水平已达到相当高的程度,但在将其转化为高性能产品 HBM 的环节却出现了瓶颈。业内认为,这一瓶颈的核心就在于 TSV 工艺。 🔹 📌TSV 是 “硅通孔(Through Silicon Via)” 的缩写,指的是在像 HBM 那样将 DRAM 多层堆叠时,用于垂直贯穿各层并实现电信号传输的微小铜质导线。在将 DRAM 晶圆加工到仅有头发丝粗细几分之一、几十微米厚的程度后,这是在那块极薄的硅片上钻数千个微小孔洞,并用铜将其彻底填满的极高难度工艺。哪怕只有一个孔洞出现偏差或未能被完全填满,整层材料都可能被判定为不合格品,因此它属于半导体制造工艺中对精度要求最高的工序之一。 🖼️介绍三星电子的引线键合与 TSV 技术结构的图片,由三星电子提供 📌业内普遍认为,正是在这一工艺上,CXMT 与行业领先公司之间的技术差距变得最为明显。根据半导体分析机构 Nomad Semi 的分析,以三星电子的 HBM2(第二代 HBM)为标准,每块芯片上的 TSV 数量超过 5000 个,SK 海力士的 HBM3 则超过 8000 个,而 CXMT 的数量仅在 3000 个,带宽有所损失,但工艺难度降低。即便如此,CXMT 的良率依然远低于三星和 SK 海力士。就连 SK 海力士也曾公开表示,2024 年时其仅使用 TSV 的工艺良率仅为 40% 至 60%,由此可见,对于行业内的领先公司而言,TSV 工艺依然是一项极具挑战性的技术。 📌在将芯片实际堆叠起来的后工序(层叠与键合)阶段,也会出现良率下降的问题。8 个芯片中的任何一个出现对位偏差、接合部位出现微小气泡,或是在层压过程中出现翘曲变形,那么整个堆叠结构都会被判定为不良品。随着层数的增加,可能出现问题的环节也随之增多,因此难度会呈指数级上升。鉴于 CXMT 在 8 层堆叠时就已经出现如此低的良率,有观点认为,若未来要转向 12 层或更高层级的堆叠,其面临的挑战将会更加严峻。 📌半导体行业相关人士表示:“TSV 工艺需要多年反复积累的成熟技术才能实现稳定的良率。虽然中国公司在 DRAM 本身的微缩工艺技术上已经迅速缩小了差距,但 TSV、键合等后道工艺的技术则难以在短时间内赶上。” 他进一步补充道:“不过,三星电子也在今年 2 月面临 HBM4(第六代 HBM)初期量产良率低于 60% 的问题,但仅在 6 个月后就将良率提升到了 80%,因此现在就断言 CXMT 的 25% 良率属于失败还为时过早。”

总体总结

主题正文

  1. 业内认为,造成这一差异的根本原因在于用于将多层 DRAM 堆叠并连接起来的核心工艺 —— 硅穿孔电极(TSV)技术成熟度上的差异。
  2. 📌据熟悉 CXMT 情况的半导体设备行业高层人士 9 日透露,该公司 HBM3 8 层堆叠产品在前道工序中的良率仅约为 30%。
  3. 半导体设备行业的相关人士表示:“CXMT 采用 G4,(17 纳米级)工艺生产的普通 DRAM 本身并没有太大问题,” 并进一步解释称:“不过,用于 HBM 的 DRAM 芯片面积比普通产品更大,其电气性能要求也更为严格,即便使用相同的工艺,要达到合格标准也困难得多。
  4. 📌TSV 是 “硅通孔(Through Silicon Via)” 的缩写,指的是在像 HBM 那样将 DRAM 多层堆叠时,用于垂直贯穿各层并实现电信号传输的微小铜质导线。
  5. 根据半导体分析机构 Nomad Semi 的分析,以三星电子的 HBM2(第二代 HBM)为标准,每块芯片上的 TSV 数量超过 5000 个,SK 海力士的 HBM3 则超过 8000 个,而 CXMT 的数量仅在 3000 个,带宽有所损失,但工艺难度降低。
  6. 就连 SK 海力士也曾公开表示,2024 年时其仅使用 TSV 的工艺良率仅为 40% 至 60%,由此可见,对于行业内的领先公司而言,TSV 工艺依然是一项极具挑战性的技术。
  7. 鉴于 CXMT 在 8 层堆叠时就已经出现如此低的良率,有观点认为,若未来要转向 12 层或更高层级的堆叠,其面临的挑战将会更加严峻。
  8. ” 他进一步补充道:“不过,三星电子也在今年 2 月面临 HBM4(第六代 HBM)初期量产良率低于 60% 的问题,但仅在 6 个月后就将良率提升到了 80%,因此现在就断言 CXMT 的 25% 良率属于失败还为时过早。