半導體裝置巨頭東京電子（TEL）在 2026 年 9 月 2 日的投資者路演中，披露了一份晶圓鍵合（Wafer Bonder）技術路線圖。未來十年，3D 晶片的發展方向已經很清楚，鍵合的晶圓數量要變多，對準精度要更嚴，晶圓翹曲和畸變是必須解決的兩大難題。

從兩片到四片，鍵合越來越複雜

路線圖包含Logic、NAND 快閃記憶體和 DRAM 三大產品線，時間延續到十年後。最顯眼的變化在邏輯晶片：

2025–2026 年前後，主要仍是單片或兩片晶圓等級的鍵合應用；

到 2028–2029 年，進入兩片晶圓鍵合的成熟階段；

2030–2031 年邁向三片晶圓鍵合；

2032–2033 年進一步走向四片晶圓鍵合；

2034–2035 年及以後，對準畸變（Distortion）的控制目標要壓到 2 奈米以下。

這背後是 3D IC 和背面供電網路（BSPDN）等技術的持續推進。晶片不再只靠把電晶體做小來提性能，而是把不同功能、不同工藝的晶圓拼起來：邏輯層、記憶體層、電源層各司其職。晶圓鍵合機就是核心工具。

NAND 和 DRAM 同樣在依賴晶圓鍵合往 3D 方向走。

在 NAND 一側，3D NAND 堆疊層數不斷增加，晶圓翹曲（Warpage）問題愈發突出。100 微米等級的翹曲控制是一個關鍵節點，未來 NAND 製造對鍵合裝置的平整度管理能力要求更高。

在 DRAM 一側，路線圖把 4F² DRAM 和多晶圓鍵合、低畸變控制聯絡在一起。2030–2031 年前後，DRAM 鍵合的對準精度目標是畸變 <3 奈米、套刻精度（Overlay）<50 奈米的量級。傳統 DRAM 的單片平面擴展越來越難，行業正通過把記憶體單元陣列與外圍電路分別製造再鍵合的方式，延續 DRAM 的密度提升。

晶圓翹曲很好理解，晶圓越做越薄、堆疊層數越來越多，受熱和應力影響就會翹起來。一旦兩片翹曲的晶圓硬要鍵合在一起，殘餘畸變會直接影響電路對準，甚至導致廢品。但是TEL認為通過最佳化工藝條件可以抑制這個問題。

畸變更麻煩。兩片晶圓上的圖案並不是完全規則地錯位，而是可能存在方向性、局部性的拉伸或旋轉偏差。鍵合裝置不僅要"對準中心"，還要補償整張晶圓面的非均勻變形。這需要在硬體（對準機構、壓合機構）和工藝（溫度、壓力、材料匹配）兩端同時下功夫。

晶圓鍵合機是 3D 整合時代的關鍵裝置之一。邏輯晶片的 BSPDN、NAND 的 CBA/Xtacking 類架構、DRAM 的 4F² 與 3D DRAM，本質上都需要把不同晶圓高精度地貼合在一起。誰能先解決"多片鍵合 + 低畸變 + 低翹曲"，誰就能在下一輪裝置競賽中佔據主動。

所以，TEL 強調其正在提前開發多種技術，為下一代器件做準備。 (銳芯聞)

20世紀80年代和90年代，日本半導體產業風光無限，曾佔據全球半導體市場半壁江山。1989年，全球十大半導體廠商中，有6家是日本半導體企業。然而，令人唏噓的是，至2023年，日本半導體企業已無一躋身前十。

記憶體曾是日本半導體產業的“頂樑柱”，為其在全球市場上的主導地位奠定了堅實基礎。但隨著技術革新和市場競爭的加劇，日本在儲存領域逐漸喪失了優勢。目前，DRAM市場主要被韓國三星和SK海力士以及美國美光三大巨頭所壟斷，三家公司合計佔據約90%以上的市場份額。日本企業中，僅有鎧俠（東芝2021年分拆出來的記憶體部門）在NAND快閃記憶體領域仍具有一定競爭力。

為應對日益激烈的市場競爭，日本企業開始將目光轉向新型儲存技術，試圖在這一新興領域尋求新的增長點。

說到儲存，最開始佔據優勢地位的是美國公司。1970年代初，美國公司如英特爾和Advanced Memory Systems率先推出了1K DRAM，主打大型機市場。憑藉出色的性價比，英特爾迅速攫取市場份額，佔據了領先地位。

日本雖試圖追趕，但DRAM這種“商品”，生命周期短暫，價格波動劇烈，從1974年至2000年間，DRAM的平均生命周期僅為2-3年。因此，誰能率先推出更新的產品，誰就能掌控定價權。在追趕過程中，日本公司往往剛完成一代產品的複製，美國公司便已推出了下一代。這種情況在1K、4K到16K DRAM的發展過程中不斷重演，日本幾乎無法撼動美國在儲存乃至電腦領域的地位。

事情的轉折發生在 1975 年，在日本政府的支援下，日本啟動了重要的VLSI 項目，即超大規模積體電路 (Very Large Scale Integrated Circuits)。VLSI 項目聚集了日本五大半導體公司——富士通、日立、三菱電機、NEC 和東芝，該項目直到1980年才結束，正是這一項目為日本在微加工工藝的各個部分獲得了一千多項專利。使得日本在兩個關鍵行業中取得領先地位：光刻技術和硅晶體技術。直到現在，日本在半導體製造相關技術方面仍然保持領先地位。2023年全球半導體製造裝置廠商銷售額前15名中，日本企業就佔據了7席，日本在全球塗料/顯影機（Tokyo Electron、Screen Holdings）市場佔有 88% 的份額，在矽片（信越化學、Sumco）市場佔有 53% 的份額，在光刻膠（信越、JSR、東京應化工業）市場佔有50%的份額。日本主要的半導體製造裝置製造商的海外銷售比例超過80%，許多外國半導體公司都依賴日本製造的裝置。

繼續說回儲存，VLSI 項目也為日本率先研發出64K DRAM奠定了基礎。1977年4月，日本電報電話公司（NTT）宣佈成功研製出世界上首款64K DRAM晶片。兩年後，NEC、日立和富士通與美國公司幾乎同時將64K DRAM推向市場，日本的儲存技術首次追上了美國。1980年，日本更是率先推出256K DRAM，比美國早了整整兩年。

更為重要的是，日本企業不僅在技術上逐漸超越美國，而且在產品質量和成本上也具有顯著優勢。1980年，惠普公司的一項研究對美國和日本產品質量進行了比較，發現最好的美國公司生產的產品的錯誤率仍然比最差的日本公司生產的產品多6倍。日本企業對半導體生產線進行全面自動化改造，在關鍵的鍵合工藝中引入電腦控制，大大提高了產品質量和生產效率。相較之下，美國公司更傾向於依賴廉價的海外勞動力來完成這一最後工序。

隨著日本DRAM晶片大規模湧入全球市場，記憶體價格一度暴跌，短短一年內價格下降了60%。到1985年前後，美國除美光和德州儀器外的大多數DRAM公司面臨破產被迫退出儲存業務。到1987年，日本已佔據全球DRAM市場近80%的份額，成為全球儲存市場的霸主。

眼見日本儲存如日中天，美國坐不住了，包括美光、英特爾、國家半導體等在內的廠商對日本提出反傾銷訴訟，1986年，美國里根政府與日本簽訂了《美日半導體協議》，並對日本儲存晶片徵收100%的關稅。協議要求日本擴大美國半導體公司在日本市場的份額，同時限制日本企業的出口。這一措施直接削弱了日本在儲存市場的競爭力，成為日本半導體產業衰退的轉折點。

在日本半導體產業衰退之際，韓國迅速崛起。韓國政府採取了與日本相似的支援策略，通過政策扶持、融資支援等手段，推動本土半導體企業的發展。三星和SK海力士通過大量投入研發和生產，不斷提高製程工藝、降低成本，並在市場上迅速取得突破。

與韓國企業的持續進步相比，日本的儲存企業由於創新不足、市場策略失誤以及內部管理上的問題，逐漸失去了競爭優勢。許多日本公司相繼退出儲存業務，例如富士通自2000年起逐步退出了SRAM和DRAM市場，2005年停止了NAND Flash和NOR Flash的生產。在儲存這個市場當中，套用日本的一句話：美國搗米，日本揉麵團，韓國吃DRAM蛋糕。

面對傳統儲存領域的衰退，日本的儲存巨頭們開始尋求新的發展方向。

新型儲存技術的崛起，是日本儲存企業轉型的一大方向。

隨著人工智慧和數位化轉型的廣泛應用，市場對高密度、高速度、低功耗的非易失性儲存器的需求日益增大。相較於傳統的DRAM和NAND Flash，新型儲存技術如MRAM、FeRAM等，在速度、功耗、耐久性等方面展現出顯著優勢。這些優勢不僅能夠滿足日益增長的資料儲存需求，而且為物聯網、人工智慧等新興應用提供了更廣闊的發展空間。

在日本的半導體企業中，鎧俠（前身為東芝儲存）在新型儲存技術上的佈局備受關注。早在2011年，東芝就與韓國的SK海力士簽署了聯合開發協議，共同研發STT-MRAM（自旋轉移力矩磁性隨機存取儲存器）。STT-MRAM的核心儲存元件是磁隧道結（MTJ），其工作原理依賴於改變自旋狀態來實現資料的儲存。為提高儲存密度和降低成本，縮小MTJ的尺寸成為實現高密度STT-MRAM的關鍵技術目標。儘管這一領域的研究已持續多年，但至今仍然處於研發階段，尚未實現大規模量產。

STT-MRAM的結構和工作原理   （來源：TEL）

據報導，鎧俠將在2024年12月的國際電子器件會議（IEDM 2024）上展示其最新的MRAM技術。鎧俠與SK海力士聯合研發的高容量交叉點MRAM技術，通過結合適合大容量的選擇器與磁隧道結，以及交叉點陣列的精細加工技術，實現了MRAM最小單元半間距20.5納米的讀寫操作。然而，隨著儲存單元的進一步小型化，可靠性往往會下降。兩家公司通過開發一種利用選擇器瞬態響應的全新讀出方法，並減少讀出電路中的寄生電容，嘗試提升MRAM在小尺寸下的性能和穩定性。這一潛在的技術突破，或許能為MRAM的商用化奠定基礎。

富士通半導體則在FeRAM和ReRAM上發力。富士通早在1995年就開始開發FeRAM，1996年Ramtron公司首先把FeRAM推入市場，Ramtron是fabless，當時富士通給Ramtron做wafer process代工服務。1999年富士通量產了FeRAM，量產至今已超過20年，累計交貨44億片。

跟傳統的儲存產品相比，FeRAM的讀寫速度更快，因為傳統的NOR Flash、EEPROM需要擦除的操作，而FeRAM的寫入方式是覆蓋寫入，所以FeRAM要更快一些，是納秒級的，遠遠超過NOR flash、EEPROM。另外，讀寫耐久性也是FeRAM最大的特點之一，其讀寫次數有1013、1014之多，在某種意義上相當於無限次， 一般EEPROM、NOR Flash都有寫入次數的限制。基於這兩個特點，在即時寫入、掉電保護等，比如需要讀寫次數比較高的電表應用當中，FeRAM有不可替代的絕對優勢。

儘管FeRAM在特定市場領域具有優勢，但其發展也受限於兩個主要瓶頸：容量和成本。目前市場上FeRAM的最大容量為8Mbit，遠低於主流儲存器的容量需求，此外，FeRAM的生產成本相對較高，導致其在大規模應用中難以競爭。目前，全球FeRAM主要有兩家供應商有兩家：富士通和英飛凌。英飛凌方面是因為收購了CYPRESS（收購了Ramtron）獲得了FeRAM業務。

此外，富士通也在ReRAM（電阻式隨機存取儲存器）上有所佈局。ReRAM是一種備受關注的非易失性儲存技術，許多人認為其有望替代NOR Flash，特別是在傳統工藝接近瓶頸的情況下。目前，富士通是少數實現ReRAM量產的公司之一，最大容量為12Mbit。然而，據RAMXEED（原富士通半導體）總經理馮逸新在最近的一次論壇中指出，要替代NOR Flash，ReRAM的容量需要達到16Mbit到1Gb才行。

TEL的裝置支援：加速STT-MRAM的產業化

日本半導體裝置巨頭Tokyo Electron (TEL)也在助力新型儲存的產業化，其重點研發的薄膜沉積裝置EXIM濺射系統被認為對STT-MRAM的生產至關重要。EXIM系統整合了薄膜沉積的最新技術，具有高達230%的磁阻比，使得大容量儲存晶片的生產成為可能。這一裝置的推出不僅標誌著TEL在裝置技術上的領先地位，也為日本半導體企業的儲存轉型提供了有力的支援。

TEL還與比利時的全球知名納米電子研究機構IMEC合作，進行先進圖案化技術的聯合研究。TEL希望通過這項合作，推動更高密度的儲存單元製造，解決新型儲存在量產化過程中的成本和可靠性問題。

日本發力新型儲存的優勢和挑戰

傳統儲存尤其是DRAM的市場競爭格局已經比較成熟，新型儲存，不失為是日本企業在細分領域突破的方向之一。

日本在發展新型儲存技術方面具備以下幾項顯著的優勢：

日本企業在材料科學和精密製造領域有深厚的技術積累，這在儲存器研發中起到關鍵作用。新型儲存技術，如MRAM、FeRAM、ReRAM等，涉及複雜的材料應用和工藝，例如磁性材料、鐵電材料和電阻材料的開發與加工。

日本在半導體裝置領域能提供強有力的支援，先進的新型儲存裝置如STT-MRAM的製造需要高精度的薄膜沉積和圖案化工藝，如前文所述的TEL所研發的裝置裝置支援為日本在新型儲存技術的產業化提供了有力保障。

日本企業在傳統儲存（如DRAM和NAND Flash）領域曾長期佔據領先地位，積累了豐富的儲存技術研發經驗。在儲存技術領域也擁有大量專利儲備，這些專利涵蓋了材料、工藝和器件結構等多個層面。儘管傳統儲存市場份額被韓國和美國企業佔據，但日本公司在儲存器件的設計、材料選擇和量產技術方面的積累，能夠直接應用到新型儲存的開發中，降低技術門檻並加快開發進度。

儘管這些老牌企業在新型儲存領域的探索取得了一定成就，但它們依然面臨諸多挑戰：

技術壁壘：新型儲存技術的研發和應用需要大量的資金投入和技術積累。如何在保持現有市場份額的同時，平衡新技術的開發，是企業面臨的重大挑戰。

市場接受度：新型儲存技術的市場推廣需要時間，客戶對於新技術的接受度和適應能力也是企業成功轉型的重要因素。

競爭激烈：除了傳統競爭對手，這些企業還需面對來自全球範圍內新興儲存公司的競爭，這些公司往往擁有更靈活的市場策略和創新能力。

新型儲存技術，能否成為日本半導體業重回巔峰的救命稻草？在MRAM、FeRAM和ReRAM等新型儲存技術的探索和推動下，日本企業展現了重回儲存市場的決心。然而，市場變化莫測，技術難題猶存，未來的成功與否取決於日本企業能否保持創新和耐力，並在全球半導體競爭中找準自己的定位。儘管前路漫長，但在新型儲存的浪潮中，日本半導體行業仍有望在未來的儲存市場中佔據一席之地。 (半導體行業觀察)

中國企業正在加快採購半導體成熟製程領域的設備。 2023年全球半導體製造設備銷售額年減2%的情況下，中國大陸出現了年比28%的成長…

全球規模最大的半導體領域國際展覽會「SEMICON China（上海國際半導體展覽會）」3月20日上海開幕。在美國加強半導體先進製程領域對華出口管制的背景下，中國正在加快採購成熟過程領域的製造設備，來自美國和日本的大型企業透過參展等方式尋求在中國市場擴大銷售。

在大型半導體設備製造商中，美國的應用材料公司（AMAT）作為本屆展會的贊助商，為中國企業舉辦了說明會。此外，參展的還有美國的科磊（KLA）。日本企業中，參展的有Tokyo Electron（TEL）和斯庫林集團（SCREEN）等，吸引了中國企業的技術人員等。

根據國際半導體產業協會（SEMI）的數據，在2023年全球半導體製造設備銷售額年減2%的情況下，中國大陸出現了年比28%的成長。預判美國將進一步加強管制的中國企業，正在加速採購半導體成熟製程領域的設備。海外大型企業正在加強接單活動。

中國半導體產業協會理事長、大型記憶體公司長江儲存科技（YMTC）的董事長陳南翔於3月20日在展會上的致詞中表示，中國的半導體市場屬於全世界，全世界的半導體市場同樣也屬於中國，並對中國和海外合作的必要性等提出呼籲。

本屆SEMICON China將持續到3月22日。該展會是全球最大規模的半導體展覽會，吸引來自國內外的約1100家企業參展，預計參觀人數將超過13萬人。（日經中文網）

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TEL 展望未來十年的晶圓鍵合：3D 晶片正從"兩片拼"走向"四片疊"

日本儲存，新的希望？

日經：全球最大半導體展會上海開幕，日美廠商參展