近年来,AI技术飞速发展,从ChatGPT到图像生成、自动驾驶,这些应用的共同点是什么?两个字:算力。或者更准确地说,是海量数据的处理能力。而这一切的背后,存储芯片正在成为新的瓶颈。
好在,韩国科学家带来了一项突破性进展。韩国工业技术研究所和浦项科技大学的团队,成功开发出一种新工艺,能稳定堆叠10余片超薄半导体芯片,将集成密度提升到传统高带宽存储器(HBM)的4倍左右。相关成果已发表在《工程成果》杂志上。

先说几个关键点。传统的芯片发展思路,是不断地在平面上“铺开”,就像城市扩张时不断盖平房。但问题在于,物理空间有限,信号传输距离也越来越长,效率上不去。于是,科学家们开始转向“立体化”思路——让芯片垂直堆叠起来。这就好比在城市用地紧张时,用摩天大楼取代独栋房屋。HBM正是这种思路的代表产物。
然而,理想很丰满,现实很骨感。当芯片厚度被压缩到几十微米(比头发丝还细)时,多层堆叠就变得极其困难。弯曲、翘曲甚至断裂,几乎是家常便饭。而且,堆叠层数越多,难度呈指数级上升。这就像搭积木,越往上越不稳当。
那么,团队是如何突破这一局限的?诀窍在于,将“转移印刷”和“原位黏合”这两项技术,巧妙地融合在同一个工艺平台上。简而言之,转移印刷负责将芯片精准地“抓取”并放置到目标位置;而原位黏合,则让芯片在转移过程中同步完成键合。这样一来,芯片的转移、放置和电气互联一气呵成,省去了中间环节,精度和稳定性都大幅提升。
为了验证这一工艺,团队制备了厚度约14微米的超薄硅芯片,每片都集成了垂直电信号路径和横向再分配布线。这种结构,天生就是为了多层集成而设计的。在低温(低于180℃)和低压(低于2万帕斯卡)的温和条件下,他们成功堆叠了10余片芯片。结果令人振奋:即便多次堆叠之后,层间对准误差依然极小,结构翘曲也被显著抑制。最终,在同样的垂直高度内,其集成的芯片层数,达到了传统12层HBM结构的4倍。换句话说,同样的空间,能塞进数倍于以往的芯片。
这项技术一旦商业化,带来的影响将是深远的。它意味着,在给定空间内,芯片的集成度将大幅提升,从而直接增强AI半导体的性能。对于未来的高性能AI芯片和下一代存储系统而言,这无疑是一项关键技术。更有意思的是,这项技术并不局限于存储芯片,还可以拓展到基于小芯片的异构集成,甚至下一代微型LED显示器。可以说,应用前景相当广阔。
