3D NAND風暴來襲,中國存儲器廠商如何接招?
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自2013年8月三星率先宣布成功推出3D NAND之後,在技術上每年都會前進一步,由24層、32層、48層,到今年的第四代64層。
有消息稱2017年三星將可能推出80層 3D NAND。
除技術進步之外,有分析師預測在2018年中期,全球NAND快閃記憶體市場在3D堆疊技術的影響下,價格有可能低到每Gb約3美分。
目前,中國正在下大力度推進存儲產業的發展,3D
NAND被認為是一個有利的突破口。
在此之際,有必要了解3D NADN的產業競爭形勢。
全球3D NAND競爭形勢加劇
想要了解3D NAND,首先應當了解其關鍵製造工藝。
3D NAND的製造工藝十分複雜,主要包括高深寬比的溝開挖(High aspect ratio trenches)、在源與漏中不摻雜(No doping on source or drain)、完全平行的側壁(Perfectly parallel walls)、眾多級的台階(Tens of
stairsteps)、在整個矽片面上均勻的澱積層(Uniform layer across wafer)、一步光刻樓梯成形(Single-Lithostairstep)、硬掩模刻蝕(Hard mask etching)、通孔工藝(Processing inside of hole)、孔內壁澱積工藝(Deposition on hole sides)、多晶矽溝道(Polysilicon
channels)、電荷俘獲型存儲(Charge trap storage)、各種不同材料的刻蝕(Etch through varying materials)、澱積眾多層材料(Deposition of tens of layers)等。
這些還只是主要關鍵部驟,可見其複雜性。
然而,2D NAND在進入1xnm節點之後,器件耐久性和數據保持特性持續退化,單元之間的耦合效應難以克服,很難解決集成度提高和成本控制的矛盾,進一步發展面臨瓶頸。
發展3D NAND已經是大勢所趨。
近期全球3D NAND的發展迎來少見的紅火,之前認為僅三星獨家領先的態勢,可能需要重新思考,至少各方之間的差距正逐步縮小。
因為誰都不願在未來落後。
從3D NAND的技術與產能方面尋求突破,近期幾大廠商都在加大力度。
日前,英特爾大連廠傳出消息,經過僅8個多月的努力,英特爾大連廠非易失性存儲製造新項目於今年7月初實現提前投產。
去年10月,英特爾公司宣布投資55億美元將大連工廠建設為世界上最先進的非易失性存儲器製造工廠。
東芝方面,在2016年春季開始量產48層3D NAND,緊接著7月15日在日本三重縣四日市的半導體二廠中舉行啟動儀式,未來該廠將量產64層3D NAND快閃記憶體。
此舉表示東芝可能領先於三星。
因為三星原先的計劃是2017年下半年在韓國京畿道平澤市廠量產它的64層3D NAND快閃記憶體。
東芝在3D NAND快閃記憶體方面的決心很大,計劃2017年3D NAND占其全部NAND出貨量的50%,至2018財年增加到80%。
另外,由於2016年5月西部數據併購閃迪並沒有影響閃迪與東芝間的合作關係。
東芝與西部數據雙方各自出資50%,在未來2016年到2018年的三年內將總投資1.5兆日圓(約147億美元)在存儲方面。
美光(Micron)在新加坡與英特爾合資的12英寸廠於2016年第一季度開始量產3D NAND,月產3000片,並計劃於今年年底擴充產能至4萬片/月。
8月9日美光正式推出了首款面向中高端智慧型手機市場的32GB 3D NAND存儲產品。
該款3D NAND晶片是業內首款基於浮柵技術的移動產品,也是業內最小的3D NAND存儲晶片,面積只有60.217 mm2,同時採用UFS 2.1標準的存儲設備,讓移動設備實現一流的順序讀取性能;基於3D NAND的多晶片封裝(MCP)技術和低功耗LPDDR4X,使得該快閃記憶體晶片比標準的LPDDR4存儲的能效更優。
此外,與相同容量的平面NAND晶片相比,美光3D
NAND晶片的尺寸可以縮小30%。
海力士也不甘示弱,它的利川M14廠近期改造完畢。
SK海力士進一步表示,2016年年底將建立2萬~3萬片的3D NAND Flash產能,以應市場需求。
第三季度之前的3D NAND Flash投資與生產重心會放在36層產品,預計今年的第四季度將擴大48層產品的投資與生產能力。
另外海力士也計劃投資15.5兆韓元,約134億美元,新建一座存儲器製造廠。
雖然其他廠商你爭我奪,但是顯然目前三星的優勢尚在。
據J.P.摩根發表的研究報告,三星應該會在2016年年底將3D NAND的月產能拉高至接近16萬片晶圓(西安廠12萬片及Line 16廠接近4萬片)。
三星的西安廠目前已接近(10萬片/月片)產能全開,且該公司還計劃把Line 16廠的部分2D NAND產能轉換為3D。
另外,三星也將調用Line 17廠在二樓的空間,於明年投產3D NAND。
依據上述消息,J.P.摩根估計三星明年年底的3D NAND月產能將攀升至22萬片(西安廠12萬片、Line 16廠近6萬片、Line17廠近4萬片),等於是比今年年底的月產能(16萬片)再擴充37.5%。
以技術突破獲取成本降低
根據上述分析,近四個月以來,變化最大的是東芝及英特爾。
因為現階段三星在NAND方面領先,估計平均領先兩年左右,而目前它的3D NAND產出已經占它NAND的比重達40%。
但是東芝正後來居上,因為它的64層提前量產,或者與三星同步,但是它的目標更為宏大,3D NAND在2017年目標要占它的NAND產出50%,2018年達以80%,而目前僅5.4%。
另外,英特爾大連廠僅用8個月時間便完成NAND快閃記憶體生產線的改造。
目前尚不清楚英特爾大連廠將在今年下半年量產的是3D NAND,還是其Xpoint新型存儲器。
非常有可能的是,2017年東芝和英特爾的3D NAND產能將是三星西安廠的2~3倍。
這將直接威脅到三星的霸主地位。
由於平面NAND快閃記憶體的量產已經達15納米,幾乎接近物理極限,因此為了提高存儲器的容量及帶寬,向3D NAND技術邁進是必然趨勢。
但是3D NAND技術很複雜,由於成品率低,導致成本高。
依三星的技術水平,估計它的48層3D NAND的成本已經接近2D NAND,未來64層時可能會占優勢。
而其他的各廠家現階段仍然需要克服成本這一難題。
這可以給中國存儲廠商一些時間。
但是,不管如何,到2018年長江存儲實現諾言量產3D NAND時,它的32層與三星可能已經達100層相比絕不占優勢。
技術只是一個方面,更為嚴峻的是製造成本方面的差距。
因此,長江存儲的產能擴充不可能盲目地馬上擴大到月產10萬片規模。
但是歷來存儲產業就是像一場賭局,對於中國半導體業是沒有退路,只有迎頭努力往前趕。
長江存儲上馬的意義,不能完全用市場經濟的概念來注釋,其中技術方面的突破是首位,其次是降低製造成本,逐漸縮小差距。
爭取在未來全球半導體業處於上升周期時,存儲器價格有所回升,那時長江存儲才有希望實現成功突圍。
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