国元证券研究报告深入分析了DRAM技术从2D向3D演进的核心路径。DRAM制程进入20nm后，每一次制程提升变得愈发困难和复杂，3D化成为提升位元密度的主要手段。晶圆制程3D化（4F2）、HBM先进封装堆叠（2.5D）、混合键合（Hybrid Bonding）三条技术路线交汇，共同定义了DRAM的未来技术方向。HBM4对16层堆叠的刚性需求，正推动混合键合从实验室走向量产。
DRAM制程的物理极限与3D化必然性
当前所有DRAM芯片仍采用平面（planar）制程，与NAND实现3D制程形成对比。DRAM制程进入20nm后，物理特性使每一次制程提高愈发困难和复杂。高昂的研发费用和设备投入抵消了高制程带来的位元成本下降收益，制程提升对位元成本降低的效用呈现持续边际递减。
DRAM当前技术水平达到6F2。相较于早期8F2到6F2主要在位线结构上做文章，具有3D特性的4F2将在未来几年成为主流发展方向。4F2技术的核心在于实现了电容器和电晶体的堆叠结构。再往后发展，通过位线或字线结构之一采用垂直化，对电容器和晶体管采取横向堆叠，可在单位面积内实现更大的堆叠效率和位元密度。
长鑫存储在3D DRAM领域同样有技术储备。其技术特点在于将电容和电晶体从堆叠形态改为平放在记忆体中，字线垂直。I/O电路部分用另一个晶圆制造，通过混合键合同记忆体部分键合。堆叠32层后内存容量与1b 2D平面制程相仿，堆叠64层后容量与10nm以下第一世代制程0a相仿。
混合键合——HBM4 16层堆叠的关键技术
HBM是2.5D DRAM，通过封装将现有DRAM颗粒堆叠起来。HBM当前主要技术发展包括硅穿孔TSV技术和键合工艺。键合工艺正从当前TCB工艺向Hybrid Bonding方向发展。混合键合通过晶圆之间形成直接的铜-铜键合实现芯片互联，相较Bump接合可在相同面积下提升连接密度，实现更快传输速度并降低能耗。
当前主流HBM3e最高12层，采用TCB键合工艺。HBM4发展到16层及以上必须采用混合键合技术，这主要从高度和热排放效率角度考虑。混合键合可焊接更多芯片堆叠，维持更低堆叠高度并提高热排放效率。当内存芯片堆叠到16层时，内存高度限制将成为突出问题，只有混合键合方案才能解决。
SK海力士计划在HBM4中引入混合键合堆叠技术，预计2026年量产。三星计划采用混合键合方式堆叠16层HBM4产品，预计2026年启动量产。美光同样规划在HBM4阶段导入混合键合技术。三大原厂同步推进混合键合技术，反映该技术已成为下一代HBM的标配。
混合键合技术的应用不仅限于HBM。在晶圆制程3D化方案中，混合键合同样是实现晶圆间堆叠的核心工艺。无论是长鑫存储的3D DRAM技术路线，还是其他厂商的4F2方案，混合键合都将在存储密度提升中扮演关键角色。
3D DRAM与先进封装的产业机遇
DRAM 3D化将从两条路径创造产业机遇。路径一是晶圆制程3D化——从6F2向4F2演进，通过电容器和晶体管堆叠提升位元密度，不特别需要使用High-NA EUV光刻机。路径二是先进封装堆叠——HBM通过TSV和混合键合实现多层芯片堆叠。
混合键合技术的普及将重塑封装设备市场格局。与TCB工艺不同，混合键合需要更高精度的晶圆对准、表面活化和键合设备。随着HBM4在2026年量产，混合键合设备的采购将进入高峰。三星、SK海力士和美光三大原厂的设备采购将形成显著的市场增量。
从更长远看，DRAM 3D化的技术演进将与NAND 3D化形成呼应。NAND从2D到3D的转型曾深刻改变了存储行业的竞争格局，DRAM的3D化转型同样将重塑行业的技术门槛和资本开支结构。
国元证券指出，DRAM 3D化技术变革中，具备混合键合技术储备、先进封装设备能力、以及3D DRAM设计经验的企业将获得显著竞争优势。Hybrid Bonding在HBM4中的量产应用将是2026年DRAM行业最重要的技术标志事件。
各世代HBM堆叠技术与键合方案| 世代 | 层数 | SK海力士方案 | 三星方案 | 美光方案 |
|---|
| HBM3 | 8/12层 | MR-MUF | TC-NCF | TC-NCF |
| HBM3e | 12层 | Advanced MR-MUF | TC-NCF | TC-NCF |
| HBM4 | 12/16层 | Hybrid Bonding | Hybrid Bonding | Hybrid Bonding |
| HBM4e | 16层 | Hybrid Bonding | Hybrid Bonding | Hybrid Bonding |
