近日，据韩国媒体The Elec报道，SK海力士已顺利完成下一代V10系列375层3D NAND闪存的生产验证工作，并计划于今年年底前在韩国清州M15工厂正式实现量产。
这款产品最初在SK海力士内部被称为“400层级”NAND闪存，但因超高层数堆叠工艺面临的技术挑战，尤其是沟道孔蚀刻等关键制程难度指数级上升，最终将实际量产层数下修至375层。
然而，相较于层数的微调，真正令业界关注的关键变革，隐藏在一个细节里：这款375层NAND闪存首次在字线金属栅极中引入了钼（Mo）材料，取代了传统上已沿用了十余年的钨（W）薄膜。
然而，SK海力士的技术转向，并非孤例。
在此之前，三星电子、美光等存储巨头就已布局了采用钼材料的相关产品；全球半导体设备龙头泛林半导体也明确表态，钨向钼的技术切换，是高层数3D NAND演进的唯一可行路径。
随着行业巨头相继从钨转向钼，行业释放出一个清晰的信号：曾在存储芯片行业沿用十余年的钨材料体系迎来替代拐点。钼金属一跃成为支撑300层以上超高堆叠NAND闪存落地的核心关键材料。
在这场半导体材料革命中，为何全球存储巨头集体转向钼？相较于老牌导电金属钨，钼具备哪些不可替代的优势？这场材料替代风暴，又将如何重塑半导体材料产业链、改写全球行业的竞争格局？
为什么要“以钼代钨”？要理解“以钼代钨”的缘由，首先需要理解3D NAND的技术演进逻辑。
众所周知，3D NAND闪存通过垂直堆叠存储单元来提升容量。随着层数的攀升，穿行于各层之间的字线数量同步激增，字线的线宽也在不断被压缩至纳米级的极限尺寸。字线是连接存储单元控制栅极、负责选择与操作特定行内存单元的核心线路，其材料性能直接决定了芯片的信号传输效率和存储密度。
回顾字线材料演变史：早期方案是多晶硅，因其电阻较高，从64层、96层起主流方案转向电阻率更低的金属钨。彼时，钨堪称材料层面的胜利，支撑了3D NAND从两位层数跨越到三位层数的黄金时期。
然而，当层数突破300+层大关时，电阻率高、阻挡层对到点空间挤占、长期可靠性隐患等传统钨材料的结构性缺陷暴露无遗。
因此，到如今300+层时代，钨在高层数NAND中彻底触碰到了其物理与工艺天花板，这一代材料红利已经被吃尽。
图源：东方财富
钨触顶、钼崛起，掀起新一轮材料竞赛与此同时，在半导体领域仅作为溅射靶材、光刻掩模等辅助材料存在的钼，长期以来属于行业关注度极低的小众金属。而如今，钼凭借其独特的物理化学特性，正从边缘辅料逆袭为高层数存储芯片的核心功能性材料。
据了解，钼是一种难熔金属，密度约为钨的一半，熔点高达约2623°C，热膨胀系数低、导热率优异，这些特性使其天然适配高密度、高热量、高可靠性的芯片制造环境，早已在冶金、特种合金、光伏等领域广泛应用。而在半导体产业中，其经历了从边缘辅料到核心功能材料的完整转变。
从基础物理参数来看，钼与钨均属于高导电、高熔点金属，二者体相电阻率相差极小，钨约5.28μΩ·cm，钼约5.34μΩ·cm，宏观导电能力几乎持平。但进入纳米尺度——也就是3D NAND栅极、接触孔这类芯片微结构中，二者的性能差距被急剧放大，这也是高层数闪存选择钼的核心原因。
不同金属在不同厚度下的电阻率（图源：imec）
在芯片微缩结构内，钨的电阻率会随线宽减小、结构深宽比提升出现断崖式上涨，进而造成信号延迟、芯片功耗上升、发热加剧；而钼的电子平均自由程更短，在纳米尺度下电阻率增幅仅为钨的六成左右，能够长期维持稳定的导电性能。
同时，钨作为栅极材料，必须搭配TiN氮化钛作为阻挡层，防止金属扩散与漏电，这层辅料会持续占用堆叠空间。在375层、400层等高堆叠架构中，每层额外增设的阻挡层会持续挤占堆叠空间，累计占用30%-40%的有效结构厚度，直接锁死存储密度提升上限；钼则凭借优异的界面稳定性，无需额外增设阻挡层，这意味着在同等线宽条件下，钼字线的有效导电截面显著大于钨字线，等效导电性能的提升远高于单纯电阻率对比数据所带来的影响。在多层堆叠结构中可直接节省大量垂直物理空间，为存储密度提升腾出余地。
此外，在制程工艺适配性上，二者的差异同样显著。传统钨金属主要依靠CVD化学气相沉积工艺成膜，面对3D NAND动辄40:1以上的高深宽比孔道结构，CVD填充极易出现空洞、薄膜不均等缺陷，直接拉低产品良率；而钼完美适配当下先进制程主流的ALD原子层沉积技术，填充均匀性强、薄膜成型平整度与贴合度更高，能够完美匹配超高堆叠架构的制造要求。并且钼与二氧化硅等绝缘介质的粘附性更强，电迁移抗性更优，能有效降低芯片长期使用中的失效风险，大幅提升产品可靠性。
纵观钼材料在半导体行业的应用历程，其发展大致可分为三个阶段：
早期阶段，钼仅作为辅助材料存在，主要用于半导体溅射靶材、光刻掩模基材、封装散热部件等非核心环节，市场体量有限，行业关注度较低。
随着ALD沉积工艺、高纯金属提纯技术逐步成熟，钼前驱体实现商业化量产，钼开始小范围切入逻辑芯片接触孔、先进封装TSV硅通孔等场景，完成从辅料到功能材料的转型。
真正的爆发节点，正是3D NAND走向300层以上超高堆叠的时代，传统钨材料触及物理极限，钼顺势接棒，成为字线金属栅极的首选方案，正式跻身半导体核心材料行列。
一场由钼主导的半导体材料迭代浪潮已然开启，不仅将重构3D NAND技术演进路径，未来更有望重塑全球半导体材料产业链格局。
不止NAND，钼打开半导体多场景增量空间NAND已是确定性爆发赛道
上文提到，NAND是钼材料当前最大、最确定的应用市场。随着存储巨头相继导入，钼的需求量级正在快速提升。
据行业测算数据显示，三星去年钼材料采购量约4吨，今年预计增至10吨，按照其技术路线的持续推进，预计2030年将达到80吨。SK海力士则从明年开始大规模导入钼工艺，初期年需求量约为4吨。需要注意的是，上述采购量仅是字线工艺方面的直接用量，若考虑靶材等更大口径的应用，实际需求不止于此。
DRAM：下一个增量市场轮廓已现
钼材料在DRAM领域的应用前景同样值得高度关注。事实上，NAND领域的钼前驱体供应商已在量产设备中展开相关布局，DRAM紧随其后引入钼材料已成大概率趋势。
钼在HBM领域的应用尤为值得注意。HBM通过垂直堆叠DRAM层来提升带宽，层数已达8至12层，HBM4规格更高。在如此高密度堆叠的场景下，钨的电阻高、氟残留、填充困难等短板被极致放大。
相比之下，钼电阻率比钨低30%至40%，无需TiN阻挡层，接触电阻降低约56%，良率更高。据市场信息，单颗HBM的钼靶用量约为普通DRAM的3至5倍，HBM4的钼渗透率已接近100%。随着三星、SK海力士、美光在HBM3e/HBM4产品中全面转向钼字线，DRAM领域对钼的需求正快速赶上NAND。
逻辑芯片的远期想象空间
从NAND到DRAM再到逻辑芯片，钼在半导体领域的应用路径正在形成清晰的传导脉络。
在逻辑芯片领域，钼正被积极探索作为铜互连的替代材料。铜互连在10nm以下先进制程中因表面散射和晶界散射而面临电阻率指数级上升的窘境，而钼的电子平均自由程远短于铜，在纳米尺度下受到尺寸效应的负面影响更小。另有研究指出，钼与钌在特定结构下的表现优于传统方案。
业内预期，逻辑芯片将在未来两到三年内开始逐步采用钼互连方案，这将把钼的市场空间从一个细分应用推向半导体材料的全局性变革。
从投资逻辑角度看，NAND赛道是当前最确定的机会窗口——存储巨头的技术路线图均已明确，钼需求呈指数级增长态势，而国内钼靶材企业进入存储大厂供应链的进程正在加速，国产替代的空间广阔。中期来看，DRAM和HBM领域的钼渗透率正在快速提升，将成为下一个重要的需求拉动极。长期而言，逻辑芯片互连方案的变革将为钼打开更大想象空间。
全球玩家跑马圈地，产业链价值重估随着“以钼代钨”成为行业趋势，全球存储厂商的技术路线、产品迭代节奏开始出现分化，而上游材料、设备、耗材等配套产业链，也迎来了全新的市场增量与竞争格局。
先从存储厂商来看，三星的技术路线已相当清晰：已从2024年4月量产的第九代286层3D NAND开始，在金属布线工艺中引入钼；第十代400层以上产品将于今年下半年推向市场，钼材料的应用范围还将持续扩大。SK海力士紧随其后，其375层产品敲定今年年底量产，接下来将依次推出480层和604层产品，意味着钼材料在NAND领域的渗透率将持续走高。
美光则双线布局NAND与DRAM领域钼材料应用，探索复合金属技术路线，差异化抢占先进制程市场；相较之下，铠侠、西部数据相对保守，目前仍处于技术验证阶段，暂无明确量产规划。
向上游产业链延伸，这场材料变革正在带动整条半导体供应链的价值重估。
SK海力士的供应链体系中，法国液化空气集团（Air Liquide）、美国英特格（Entegris）与德国默克被确定为主要供应商。韩国本土企业SK Specialty也正积极入局，双方正在商讨其借用液化空气集团的配送基础设施来构建供应能力的方案。
在设备方面，据科创板日报披露，SK海力士在考察了泛林集团（Lam Research）和东京电子（TEL）的设备后，最终选择了后者的设备。泛林集团的设备采用单片晶圆处理方法，逐片处理晶圆；东京电子的炉式设备可一次性完成约100片晶圆的沉积作业，在设备采购成本、场地占用以及钼物料消耗上更具性价比。三星选择的是泛林集团的沉积设备处理钼材料。
同时，在靶材领域，高纯钼原料与半导体钼靶材需求爆发，随着3D NAND层数持续提升、应用场景不断拓展，2026-2028年全球半导体级钼材料市场规模有望扩容4倍以上。有数据显示，全球电子级高纯钼靶材市场2025年销售额达到了77.52亿元，预计2032年将达到132.0亿元，年复合增长率为7.9%，增量空间巨大。国内企业正在加速追赶，并取得了一定突破。
其次，钼前驱体作为核心耗材，目前较为依赖海外进口，是国内材料企业攻坚的核心赛道。再者，适配钼制程的ALD设备需求持续攀升，国内设备厂商加速技术研发与客户验证，有望借助本轮材料迭代实现弯道超车。此外，钼制程配套的CMP抛光液、专用清洗液等电子化学品，也将迎来全新增量市场。
落到终端应用层面，钼材料带来的性能提升也将传导至下游全场景。例如搭载钼栅极的3D NAND闪存，读写速度可提升20%~30%，功耗降低15%~20%，单颗芯片存储密度提升30%以上。对于AI服务器、数据中心而言，更高密度、更低延迟的存储产品能够有效缓解高算力场景下的存储带宽瓶颈；对于智能手机、平板电脑等消费电子，可支撑终端轻薄化设计，同时大幅优化续航能力，助力终端产品迭代升级。
综合来看，本轮材料迭代对于国内半导体产业而言，是难得的国产化黄金窗口期。不同于传统制程追赶的代差壁垒，钼材料属于全新技术赛道，国内外产业研发、量产节奏基本同步，不存在绝对技术代差。同时，国内拥有全球领先的钼资源储量与成熟的基础钼产业集群，具备天然供应链优势。
上游可依托本土资源，攻坚高纯钼提纯、高端前驱体“卡脖子”技术；中游国产ALD设备可借助本轮量产浪潮完成客户验证，快速实现国产化替代；下游国内存储厂商可同步跟进钼材料技术路线，因此有望摆脱跟随式发展困境，实现弯道超车。
钼材料规模化量产的隐忧与挑战虽然钼的技术优势全面碾压传统钨材料，但从实验室技术到规模化量产落地，仍面临多重产业化壁垒，这也是业界厂商仍处于验证阶段、尚未大规模量产的核心原因。
有行业专家向笔者表示，目前行业核心难点集中在材料提纯、前驱体制备、制程管控、产线适配等几大维度。
超高纯度提纯门槛高：半导体核心制程使用的钼材料，纯度需达到6N-7N（99.9999%-99.99999%），微量杂质就会引发芯片漏电、性能衰减、寿命缩短等问题。当前全球高端高纯钼原料、高纯钼前驱体市场，长期被默克、液化空气等海外巨头垄断，国内传统钼企多聚焦工业级产品，高端产品的稳定性、一致性仍需持续打磨。
前驱体输送与管控难度大：区别于气态氟化钨，主流钼前驱体常温下为固态，无法直接适配传统气态输送产线，生产时必须借助专用设备进行高温加热，同时精准把控物料的供给量与输送速率，对产线硬件改造、制程参数精细化管控提出极高要求，初期设备投入成本较高。
固态前驱体相比气态或液态前驱体在热稳定性和供料均匀性方面存在天然劣势，大晶粒钼薄膜的稳定沉积对集成成功至关重要，小晶粒钼的电阻率对厚度的依赖性与钨相当，会导致性能大打折扣。
imec等研究机构已多次发出警示：从材料体特性到实际器件性能之间存在显著落差，钼最终呈现的电学、热学和电迁移特性，完全取决于沉积薄膜的晶粒尺寸和晶界结构。不是任何“钼”都能实现低电阻——工艺方案的优劣决定了性能天花板的上限。
存量产线改造成本高：原有面向钨CVD工艺的存储产线，无法直接适配钼ALD沉积工艺，企业需要新增设备、重构制程流程，前期资本投入压力较大。
薄膜工艺良率管控严苛：钼ALD薄膜的厚度、均匀度、附着力对腔体温度、气压、气体流量等参数高度敏感，参数细微偏差就会导致批量产品质量波动，需要企业长期的工艺积累与量产打磨。
钼矿供应与价格波动风险：随着钼在半导体领域的用量快速攀升，上游矿端资源供给的瓶颈问题日益突出。钼粉价格已出现大幅上涨，半导体用靶材钼的供需缺口预期将持续存在。若需求快速放量而矿端扩产滞后，钼价的剧烈波动可能对中游靶材厂商和下游芯片制造商的成本结构带来冲击。
从全球供需格局来看，钼资源的分布高度集中。若主要产区面临地缘政治或政策变动因素干扰，供应链安全性将面临考验。这既是挑战，也进一步强化了钼材料国产替代的投资逻辑。
针对上述壁垒，全产业链正循序渐进的探索破局路径，规避技术风险与改造成本压力，加速推动钼材料产业化落地。
还值得注意的是，“以钼代钨”本身并非技术演进的终点。
在半导体行业材料的竞逐中，钌（Ru）同样是备受关注的方向。钌的电阻率甚至低于钼，但其成本和工艺废料问题严重限制了大规模商业化应用的可行性。
如果能够解决成本和工艺废料问题，钌材料在高端场景中仍是颇具竞争力的挑战者。imec院士Tőkei曾指出：钼较钨有更优电阻率且无需阻挡层；较钌成本更低、附着力更好。
更重要的是，拓扑半金属等新材料方向也在快步进入研究视野。国内科研团队已在用二硫化钼这类二维材料探索芯片制造的可能性，而磷化钼等拓扑半金属在极细纳米线中的电阻率甚至低于铜，展现出令人瞩目的潜力。
这意味着，钼虽然在这一轮材料革命中占据了先机，但半导体材料竞赛的赛道还在延伸。对行业参与者而言，当前的关键在于将钼工艺尽快落地转化为产品优势；对投资者而言，则需在密切关注钼赛道的同时，保持对未来替代方案的前瞻性观察。
写在最后当半导体制造走到物理极限的边缘时，创新的主体正在从架构设计与微缩制程，渐渐转移到材料和工艺的底层突破。
钼从实验室走向量产线，从三星的一条产线扩散到SK海力士的整厂改造，从NAND的字线推进到DRAM的HBM堆叠再到逻辑芯片的互连探索，标志着金属材料在整个半导体行业中正在被重估其战略价值。
传统上，业界习惯于将芯片性能的提升归功于摩尔定律驱动的晶体管微缩。然而在3D堆叠成为主流、二维微缩逼近极限的今天，材料革命正在成为延续半导体性能提升曲线的关键变量。
展望未来，“以钼代钨”已经不再是一个是否会发生的问题，而是一个以多快速度发生的问题。当这场材料变革全面铺开之后，下一个站上舞台中央的半导体关键材料，会是谁？
本文来源：半导体行业观察
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