长鑫存储 · DRAM & HBM

一条晶圆的旅程

把一条几百道工序的 DRAM 产线,压缩成一张能一眼看懂的线路图:九个前道模块、九个 HBM 工序,每一站用什么设备、谁在供货,以及拓荆科技站在哪一格。

30 万片/月长鑫现有产能(合肥+北京,媒体口径)
17nm 级主力节点,无 EUV,靠多重曝光
≈20%规划投向 HBM3 的产能占比(约 6 万片/月)
8–16 层HBM 堆叠层数,单层良率决定整叠良率
00 / 摘要

先看两段话

一段写给专业读者,一段写给所有人。后面所有章节都是这两段的展开。

📌 一段话概括

DRAM 的制造本质只有一件事:在硅片上造出几百亿个「一个晶体管 + 一个电容」的小房间。因为电容不能占更大面积、却还要装下足够电荷,工艺只能长成「深沟槽 + 高深宽比填充 + 原子层镀膜 + 反复找平」的样子;又因为长鑫拿不到 EUV,只能用 193nm 浸没式光刻反复套印(多重曝光),把一道图形拆成三四道来做。于是整条线的设备重心落在光刻、刻蚀、薄膜沉积、CMP、清洗、离子注入、量测七类上。HBM 则在普通 DRAM 之后追加一段「垂直工程」:打 TSV 电梯井、把晶圆磨到头发丝一半厚、用微凸块或混合键合把 8–16 层叠起来、再进 2.5D 封装。

🗣️ 大白话概括

你要在一块 12 寸的硅饼上盖一座住着几百亿人的立体城市,每个人都要有一间「存水的小房间」(电容)和一扇「能开关的门」(晶体管)。房间不能占更大地,只能往深挖、往高盖;挖完要在井壁上一层层刷涂料,刷不匀就漏电;刷完把地面磨到绝对平;每盖一层都要重新画图纸曝光——长鑫没有那支最细的笔,只能用粗笔描好几遍,工序多了三成,设备台数也跟着多。HBM 就是把这个城市往上叠 8 到 16 层,不走楼梯,直接在楼板中间打贯通电梯井(TSV);最怕「一层坏、全栋废」,所以胜负手在「叠之前挑出好楼层」(测试)和「把楼板无缝焊死」(混合键合)。

01 / 线路图

把产线画成一张地铁图

主线是前道九站,从清洗到钝化;走完主线,晶圆要么去封装成普通 DDR5,要么换乘支线去做 HBM。铜色环表示这一站有拓荆科技的设备。

主线 · 前道 支线 · HBM 换乘:走完 M0–M8 的晶圆,从这里进入中道与后道工序 M0 清洗 M1 硬掩膜 M2 浅槽隔离 M3 阱注入 M4 埋入式字线 M5 位线 M6 电容 M7 金属互连 M8 钝化 H1 TSV 刻孔 H2 阻挡层 H3 铜电镀 H4 CMP H5 减薄露头 H6 微凸块 H7 堆叠键合 H8 2.5D 封装 H9 测试老化 ← 一片 12 寸硅片从这里进厂 走完主线 → 去封装成 DDR5,或换乘支线做 HBM →
前道主线 M0–M8 HBM 支线 H1–H9 拓荆科技有设备 拓荆不参与

小屏可左右滑动查看完整线路;点击下方任一站点卡片可对照阅读。

02 / 三档讲解

同一件事,三种讲法

按你的背景选一档。专业档讲工艺物理与设备分工;理工档讲「为什么必须这么设计」;大众档只讲比喻。

1T1C:一个晶体管 + 一个电容

DRAM 存一位数据靠电容里的电荷。晶体管是门卫,写字时开门灌电荷,读字时开门看剩多少。电容会漏电,必须每几十毫秒刷新一次——这条物理约束压倒了后面所有设计,漏电指标优先于一切。

容量公式决定了工艺形状

电容 C = εA/d。制程每前进一代,单元面积 A 缩小约 30%,容量本来会掉。三招把容量拉回来:① 立体化,用侧壁当极板,深宽比做到 30:1~50:1;② 高 k 叠层(ZrO₂/HfO₂/Al₂O₃,即 ZAZ),把 ε 做大;③ 减薄介质 d,但漏电会暴涨,只能靠界面工程。结论:DRAM 的难度 70% 集中在电容那个几十纳米宽、两微米深的洞里——谁能把洞挖直、把膜刷匀、把底填满,谁就拿到设备订单。

没有 EUV,成本结构会变形

17nm 级关键层已小于 193nm 光源的物理极限。台积电、三星用 EUV 一次成型;长鑫只能 LELE(两次曝光两次刻蚀)或 SAQP(用侧墙把一根线复制成四根)。代价是掩膜从 30 层涨到 40 层以上、工序数增加 30%–50%。这不是单台设备变贵,而是同一片晶圆要过更多台设备——这也是「制裁反而扩大国产设备市场」的机制。

设备分工:七大类

  • 光刻:ASML 独占先进节点,国产上海微电子未覆盖 17nm,是最大短板
  • 刻蚀:Lam / TEL / AMAT;国产中微、北方华创已进入
  • 薄膜沉积:PECVD / ALD / SACVD / HDP-CVD / PVD;国产拓荆、北方华创、微导
  • CMP:AMAT / Hitachi;国产华海清科近乎独家
  • 清洗:SCREEN / TEL;国产盛美、北方华创
  • 离子注入:AMAT / Axcelis;国产万业(凯世通)、中科信
  • 量测检测:KLA 垄断;国产中科飞测、精测
投资含义:薄膜沉积约占 DRAM 设备投资 18%–22%,而拓荆在这 20% 里只做 CVD 系(不做 PVD、LPCVD、外延)。真实可及市场比「半导体设备国产化」这个叙事小得多。

① DRAM 是「用面积换电荷」的艺术

每代制程单元面积缩 30%,容量本来会掉。解法是把电容从平躺变竖起来,用侧壁当极板,深宽比从 10:1 涨到 40:1 以上。所以 DRAM 线的刻蚀与 ALD 比逻辑线更极端:逻辑在意线宽均匀性,DRAM 在意「40 层楼深的井能不能挖直、井壁能不能刷匀」。

② 填缝是独立的一门学问

20nm 宽、300nm 深的缝,普通 CVD 一定在顶部搭桥、留下空洞。业界有三条路:SACVD(臭氧-TEOS,靠表面迁移率爬进缝底)、HDP-CVD(边沉积边离子轰击削顶)、Flowable(液态前驱体毛细流入再固化)。拓荆是国内唯一三条都做的——这不是产品堆砌,是「不同深宽比必须用不同物理机制」的必然。

③ 没有 EUV 会让工序数翻倍

SAQP 的做法:光刻一根芯轴 → ALD 长侧墙 → 刻蚀掉芯轴,一根变四根。代价是每加一次光刻,就多一轮涂胶 / 曝光 / 显影 / 刻蚀 / 清洗 / 量测,工序从约 400 道涨到 600 道量级。

④ HBM 是三维集成,不是「更快的 DRAM」

HBM 的 DRAM die 与普通 DDR5 同代工艺,性能来自并行:1024 位宽(DDR5 只有 64 位),靠 TSV 垂直打通。TSV 的难点不是打孔,而是孔壁绝缘/阻挡层与铜填充不能有缝——有缝就是电迁移失效。叠层后热膨胀失配会让薄 die 翘曲,所以键合工艺本质上在解「机械应力 + 电连接 + 散热」三重约束。

⑤ 良率是生死线

12 层、单层 90% → 整叠 28%;单层 80% → 7%。所以 HBM 成本里,测试与 KGD 筛选的占比远高于普通 DRAM。

① 芯片厂是「超精密印刷厂 + 装修队」

芯片不是装上去的,是一层层「印」和「刷」出来的:印图案(光刻)、按图案挖(刻蚀)、刷新材料(沉积)、磨平(CMP)、洗干净,循环几百次。

② DRAM 每个单元 = 一个小水桶 + 一个水龙头

桶里有没有水,就是 1 或 0。桶不能变大,只能更深更高——相当于在头发丝的截面上挖 40 层楼深的井,还要在井壁上均匀刷好几层涂料。

③ 为什么「刷涂料」的公司能当龙头

井太深,涂料必须上下一样厚,差几个原子就漏电。普通「喷漆」做不到,只能「一次贴一个原子层、贴几百次」(ALD)。拓荆就是国内做这类「原子级刷墙机」和「填缝机」最强的公司之一。

④ 为什么被卡脖子反而利好国产设备

最细的笔(EUV)买不到,只能用旧笔多描几遍。描一遍就多走一轮工序,同一片晶圆要过更多台设备——不是技术追上了,是工序变多了。

⑤ HBM 是什么

普通内存条像「只有 64 条车道的高速」;HBM 把 8–16 层芯片叠起来,在楼板中间打上千个电梯井直通上下,车道扩到 1024 条,路还更短、更省电。AI 训练要搬海量参数,车道不够就堵死,所以 HBM 是 AI 芯片的标配油箱。

⑥ 叠楼最难的是「一层坏、全栋废」

12 层、每层 90% 合格,整栋只有 28% 合格。所以拼的是「叠之前怎么确认每层都好」(测试)和「楼板怎么无缝焊死」(混合键合)。

⑦ 一句话记住分工

光刻机是画笔(ASML),刻蚀机是凿子(Lam / 中微 / 北方华创),薄膜设备是刷子(AMAT / 拓荆),CMP 是砂纸(AMAT / 华海清科),清洗机是水龙头(SCREEN / 盛美),量测是体检仪(KLA / 中科飞测),键合机是焊接枪(EVG / 拓荆 / 迈为)。拓荆手里只有刷子和焊接枪,但 DRAM 和 HBM 都离不开这两样。

03 / 前道

九个模块,各自的「为什么」

真实产线是循环往复的:清洗、量测、光刻会反复出现几十次。这里按功能串成一条线,方便看清哪一段用什么设备。

M0前处理与清洗

去颗粒(SC1)、去金属离子(SC2)、去氧化层(稀 HF)、去有机残留;单片旋洗 + 兆声波 + IPA 干燥。

为什么:17nm 节点,一粒 20nm 的颗粒就能毁掉一整个存储单元;每步化学反应后必须把残液彻底带走,否则下一步「中毒」。

设备
单片 / 槽式 / 兆声波清洗机
国际
SCREEN、TEL、Lam
国产
盛美、北方华创、芯源微、至纯
拓荆 ✗
M1垫氧 + 硬掩膜

热氧化长一层薄 SiO₂(缓冲层),再 LPCVD 长厚 SiN,作为后面挖槽时的「盔甲」。

为什么:氧化层缓解硅与氮化硅的应力;氮化硅抗刻蚀,保证 STI 槽只在指定区域挖下去。

设备
立式氧化炉、LPCVD 炉管
国际
TEL、Kokusai、AMAT
国产
北方华创、屹唐、中电科 48 所
拓荆 ✗
M2STI 浅槽隔离

光刻定义有源区 → CCP 刻蚀挖出 200–300nm 深槽 → 衬里氧化 → 用绝缘介质把槽填满 → CMP 磨平。

为什么:每个晶体管必须被绝缘墙隔开,否则相邻单元漏电、数据保持时间崩掉。填充是难点:槽又窄又深,填不好会留空洞,空洞就是未来的漏电通道和缺陷源。

设备
光刻、CCP 刻蚀、填充 CVD、CMP
国际
ASML、Lam/TEL、AMAT、Hitachi
国产
中微/北方华创、拓荆(SACVD/HDP-CVD/Flowable)、华海清科
拓荆 ✅ 主场
M3阱注入 + 退火

把硼/磷/砷离子加速打进硅里形成 P 阱 / N 阱;随后 RTP(毫秒级)或激光退火修复晶格、激活杂质。

为什么:注入会打坏晶格必须退火修复,但温度太高、时间太长,杂质会扩散跑位——所以要用「闪一下就好」的毫秒退火。

设备
离子注入机、RTP、激光退火
国际
AMAT、Axcelis、TEL
国产
万业(凯世通)、中科信、屹唐、北方华创
拓荆 ✗
M4埋入式字线 BWL

在硅里挖细长深槽 → 长栅氧/高 k 界面层 → ALD 长 TiN 阻挡层 → CVD 填钨作字线 → CMP 磨回平整。

为什么:平面字线要占硅表面面积;把字线埋进硅里,硅表面就能全部让给电容——这是单元面积继续缩小的关键设计(长鑫技术源流来自奇梦达的 BWL 方案)。

设备
深槽刻蚀、ALD、钨 CVD、CMP
国际
Lam/TEL、TEL/ASM、AMAT
国产
中微/北方华创、拓荆(ALD TiN)、华海清科
拓荆 ✅
M5位线 BL 与侧墙

沉积多晶硅 / 金属硅化物 / 钨做位线,光刻 + 刻蚀出线条,再用 ALD 长氮化硅侧墙把线包起来。

为什么:位线是读数据的电线,必须电阻低、又与旁边的电容隔绝;侧墙厚度决定寄生电容,直接影响读写速度与噪声。

设备
LPCVD/PVD、光刻、刻蚀、ALD
国际
AMAT、Lam/TEL、ASM
国产
北方华创、中微、拓荆(ALD/PECVD)
拓荆 ✅
M6电容(灵魂工序)

高深宽比接触孔刻蚀 → CVD/ALD 长 TiN 下电极 → ALD 逐层长 high-k(ZrO₂/Al₂O₃ 叠层) → TiN 上电极 → 隔离与平坦化。

为什么:要在几十纳米占地里塞进足够电荷,只能做成 2 微米高的柱子/圆筒;膜必须共形——井壁上下厚度差控制在几个埃,否则薄处漏电、厚处容量不够。这是全产线对薄膜精度要求最高的地方,ALD 是唯一解。

设备
高深宽比刻蚀、ALD high-k / TiN
国际
Lam/TEL(刻蚀)、TEL/ASM/Lam(ALD)
国产
中微/北方华创、拓荆(ALD)、微导纳米
拓荆 ✅ 核心
M7金属互连(约 3 层)

PECVD 长层间介质(TEOS/低 k)→ 光刻+刻蚀出通孔 → CVD 填钨 + CMP → 铝/铜布线 → 重复三次。

为什么:把几百亿单元的信号引到焊盘。DRAM 金属层数比逻辑少,但线宽小、间距密,每层都要绝对平坦,否则上层光刻焦深不够、图形会糊。

设备
PECVD、光刻、刻蚀、PVD、CVD 钨、CMP、电镀
国际
AMAT、Lam、EBARA
国产
拓荆(PECVD 绝对主力)、北方华创、华海清科、盛美
拓荆 ✅ 基本盘
M8钝化 + 焊盘 + 后道

PECVD 长 SiN 钝化层 → 光刻开焊盘窗 → 晶圆测试 → 冗余单元激光修复 → 背面减薄、划片 → 封装。

为什么:钝化是芯片的防水涂层,缺了几个月就失效;而 DRAM 良率的核心秘密在「修复」——设计时预留 5%–10% 冗余单元,测到坏的用激光切换过去,这就是成品率能做到 90%+ 的原因。

设备
PECVD、ATE、激光修复、减薄划片
国际
AMAT、Advantest、DISCO
国产
拓荆(PECVD)、长川/华峰、华海清科
拓荆 ✅
04 / 支线

HBM:前道不变,增量在中道和后道

HBM 的 DRAM die 与普通 DDR5 是同一套前道工序,只是面积更大、预留 TSV 区域、良率要求极高。真正的设备增量在「打孔—减薄—叠层—封装—测试」。

H1TSV 深孔

打直径 5–10μm、深 40–60μm 的垂直孔(深宽比约 10:1),用 Bosch 循环工艺。

设备
深硅刻蚀 DRIE
国际
Lam、AMAT
国产
北方华创、中微
拓荆 ✗
H2绝缘 / 阻挡 / 种子层

ALD 长 SiO₂ 绝缘、Ta/TaN 阻挡,PVD 长铜种子层。孔壁不能有缝,否则电迁移失效。

设备
ALD、PVD
国际
ASM、AMAT
国产
拓荆(ALD)、北方华创
拓荆 ✅
H3铜电镀填孔

把铜填满深孔,不能有缝隙或空洞。

设备
电镀 ECP
国际
Lam、EBARA、ASMPT
国产
盛美
拓荆 ✗
H4CMP 去铜

磨掉表面多余铜,回到平整面。

设备
CMP
国际
AMAT、Hitachi
国产
华海清科
拓荆 ✗
H5减薄与 TSV 露头

临时键合到载片,背面磨到 30–40μm(约头发丝一半),再把 TSV 铜柱露出来。

设备
临时键合、减薄机、CMP/刻蚀
国际
EVG、SUSS、DISCO
国产
华海清科、拓荆(激光剥离/键合)
拓荆 ✅
H6微凸块

电镀 Cu/Ni/Sn 凸点,再回流成球,作为层间电连接。

设备
电镀、回流炉
国际
ASMPT、Lam
国产
盛美
拓荆 ✗
H7堆叠键合(胜负手)

8–16 层叠起来:TC-NCF(热压 + 非导电膜)、MR-MUF(整体回流 + 模塑底填),或 HBM4 之后的混合键合(铜垫原子级直接贴合,无凸点)。

设备
热压键合机、混合键合机
国际
ASMPT、EVG、AMAT
国产
拓荆(Dione/Pleione)、迈为、北方华创
拓荆 ✅ 关键
H8模塑与 2.5D 封装

塑封保护、划片,再与 GPU 一起做 2.5D 封装(CoWoS 类,需要硅中介层)。

设备
模塑、划片、封装线
国际
TSMC、Amkor、ASMPT
国产
长电、通富、华天
拓荆 ✗
H9测试与老化

已知良好堆叠(KGSD)测试、老化、系统级测试——HBM 成本里测试占比远高于普通 DRAM。

设备
ATE、老化炉
国际
Advantest、Teradyne
国产
长川、华峰
拓荆 ✗

为什么 HBM 拼的不是「能不能叠」

假设单颗 DRAM die 良率 90%,叠 12 层,整叠良率只有约 28%;如果 die 良率只有 80%,整叠只剩 7%。这就是 HBM 必须做 KGD(Known Good Die)筛选的原因——一片坏 die 会毁掉整叠。

0.912 ≈ 28%
0.812 ≈ 6.9%
→ 测试与键合,比前道更决定成败
05 / 利润

这条线上,钱在哪一段

2026 年一季度毛利率横截面(安集为 2025 全年)。毛利率高不等于利润增长快,但能说明「谁有定价权」。

华峰测控测试设备
75.3%
长川科技测试设备
56.8%
安集科技抛光液/清洗液(材料)
56.8%
中科飞测量测检测
≈46%
盛美上海清洗 / 电镀
45.6%
芯源微涂胶显影
≈45%
拓荆科技薄膜沉积 + 键合
41.7%
北方华创刻蚀 / 薄膜 / 炉管
≈41%
华海清科CMP
≈40%
中微公司刻蚀
≈39%

📊 高毛利有三个真来源:① 垄断度(KLA 量测约 60%、ASML 光刻 50%+,因为客户没有第二选择);② 耗材复购(设备是一次性资本开支,抛光液是每片晶圆都要买,所以安集比多数设备厂高);③ 验证周期与切换成本(一道工艺验证 12–24 个月,换供应商要重新爬良率)。
⚠️ 反向提醒:2025 年国产设备毛利率集体下滑(拓荆从 49.3% 降到 35.0%),原因是价格战、新品类爬坡、单一大客户占比超 50%、直接材料占成本 95%+。

06 / 坐标

拓荆科技站在哪一格

它的位置很窄,但很关键:只做薄膜沉积和键合,恰好是隔离填充、层间介质、电容介质与 HBM 堆叠的核心工序。

✅ 已覆盖且领先

  • STI 填充:SACVD / HDP-CVD / Flowable 三条路线全覆盖
  • 层间介质与钝化:PECVD(累计 400+ 反应腔出货)
  • TiN / 介质 ALD(Thermal-ALD 平台)
  • 混合键合、熔融键合、芯片对晶圆(Dione / Pleione)
  • 键合套准量测(Crux)、永久键合后激光剥离(垂直架构 DRAM)

⚠️ 部分覆盖

  • 电容 high-k ALD:部分膜层已导入,与 TEL/ASM 仍有差距
  • 先进逻辑侧墙 ALD
  • 钨填充等金属 CVD:国产整体短板

✗ 明确空白

  • 光刻(ASML / 上海微电子)
  • 刻蚀(Lam / 中微 / 北方华创)
  • CMP(AMAT / 华海清科)
  • 清洗(SCREEN / 盛美)
  • 离子注入(AMAT / 万业)
  • 电镀、减薄、ATE 测试
投资含义:薄膜沉积约占 DRAM 设备投资 18%–22%,拓荆在这 20% 里只做 CVD 系,不做 PVD / LPCVD / 外延。「长鑫扩产 + HBM」对它确实成立,但弹性比「半导体设备国产化」这个大叙事要小;HBM 段真正的增量是混合键合与激光剥离,而这块是新品、毛利爬坡、且面临迈为(30nm@3σ 对准)与北方华创(收购诺合键维)的正面竞争。
07 / 风险

三件必须先修正的事

如果你的投资逻辑是「长鑫扩产 + 做 HBM → 拓荆受益」,这三点值得先放在前面。

01

弹性被高估。薄膜沉积只占 DRAM 设备投资约 18–22%,拓荆在这 20% 里又只做 CVD 系。真实可及市场(TAM)比「国产替代」的宏观叙事小得多。

02

「做 HBM 就多用 PECVD」不成立。HBM 前道与普通 DRAM 同一套工序,不额外多用 PECVD;增量在中道键合、激光剥离、键合量测——这些是拓荆的新品,2025 年整体毛利率被新品爬坡拖到 35.0%。

03

节奏受光刻机约束。长鑫上海新厂规划 2026H2 装机、2027 投产(媒体口径),但先进浸没式 DUV 的获取许可仍是变量,设备招标时点可能晚于市场预期。