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紫光闪存封测实现重大突破,长江存储蓄势待发!

2019-01-08
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昨日,紫光集团旗下紫光宏茂微电子(上海)有限公司发布信息,宣布公司成功实现大容量企业级3D NAND芯片封测的规模量产。他们表示,这次公告标志着内资封测产业在3D NAND先进封装测试技术实现从无到有的重大突破,也为紫光集团完整存储器产业链布局落下关键一步棋。


众所周知,存储产业一直是本土集成电路产业的“芯病”所在,因为涨价和缺货,这个控制在美日韩手里的产品在过去两年让国内下游的终端厂商“痛不欲生”。为了实现中国存储自主可控的目的,紫光集团在过去几年内一直投资建设国内存储基地,打造从“芯”到“云”的产业链,这次在封测的突破也让国产存储更进一步。


打造完整产业链,芯片先行


要做存储,首先想要做存储芯片。为了实现这个目标,紫光集团旗下的长江存储科技有限责任公司于2016年八月在湖北武汉正式宣告成立。


据当时的资料介绍,这家整合的武汉新芯技术和资源的企业将会在后者现有的12英寸产线和工艺上,引入更多资金和专家,打造中国本土的3D NAND Flash芯片。


在2017年年初,时任长江存储执行董事、代行董事长,台湾DRAM教父高启全在接受Digitimes采访的时候提到,公司将于2017年底提供自主研发的32层3D NAND的样本,之后会从事64层技术的研发。他还强调,等待该技术成熟后,长江存储才会投入3D NAND量产,届时与三星电子(Samsung Electronics)、SK海力士(SK Hynix)、东芝(Toshiba)等国际大厂的技术差距会缩短至一代左右。高启全进一步指出,长江存储也考虑自己开发DRAM技术,可能的切入点是18/20纳米制程,无论是3D NAND或是DRAM,一定要自己掌握核心技术。


从后续的进展看来,长江存储似乎也相当顺利。


长江存储32层闪存芯片


在2017年年底举行的第四届世界互联网大会上透露,紫光集团董事长赵伟国透露,紫光旗下的长江存储已经研发出了32层64G的完全自主知识产权的3D NAND芯片;2018年4月的长江存储生产机台进场安装仪式上,赵伟国指出,他们的32层芯片会在2018年年底实现芯片量产;到八月举办的Flash Memory Summit上,长江存储正式公布了其64层3D NAND 芯片的进展,根据报道,这些64层的芯片将会在今年三季度量产。而按照业界预计,到明天,长江存储将会投入到128层芯片的研发。


同时,长江存储还对外公布了其全新的3D NAND架构 Xtacking


长江存储Xtacking架构


据长江存储官方介绍,采用Xtacking架构,可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺,以让NAND获取更高的I/O接口速度及更多的操作功能。存储单元同样也将在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后,创新的XtackingTM技术只需一个处理步骤就可通过数百万根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses,垂直互联通道)将二者键合接通电路,而且只增加了有限的成本。


长江存储CEO杨士宁博士更是指出:“目前,世界上最快的3D NAND I/O速度的目标值是1.4Gbps,而大多数NAND供应商仅能供应1.0 Gbps或更低的速度。利用XtackingTM技术我们有望大幅提升NAND  I/O速度到3.0Gbps,与DRAM DDR4的I/O速度相当。这对NAND行业来讲将是颠覆性的。”


而其实在长江存储深耕存储芯片的同时,紫光旗下的另一家公司也正在攻克封测上的问题,为长江存储解决存储上市的最后一个链条。


做好封测,守好芯片上市前最后一关


行业内的人都知道,我们的生产在交互给客户之前,必须要经过重要的一关,那就是封测。因为只有经过了这一步,我们生产的那些芯片才能安全、可靠地使用。而封测工厂就是为了实现这个目标而产生的。


在存储产业,封测主要分为两个类型,一种是IDM厂商自己的封测,国外的那些存储大厂都基本是IDM(当然为了平衡,他们也会找第三方);另一种就是找类似台湾力成这样的第三方封测厂。而长江存储高举高打,必然需要打造自己的封测环节,而他们把目光盯向了台湾南茂。


作为中国台湾领先的封测公司,他们在存储封测方面有很独到的优势。2015年12月,紫光集团宣布,将斥资新台币119.7亿元(约合人民币23.94亿元)的价格认购台湾南茂25%的股份,并成为了南茂的第二大股东;2017年八月,紫光宣布,其旗下的全资子公司西藏紫光国微投资南茂在上海的子公司宏茂微电子的股权,这个就是紫光宏茂的前身。据启信宝的信息显示,西藏紫光国微投资占有了该公司48%的股份。紫光的这笔投资,就是为长江存储的芯片上市做后的准备。


紫光集团持有宏茂微电子的股权


宏茂微电子(上海)有限公司成立于2002年六月,主要业务是延伸百慕达南茂之内存半导体封装测试核心业务,该公司从2003年成功量产并开始为客户提供内存半导体封装测试服务,积累了丰富的经验。


从官方微信发布的信息显示,紫光宏茂自2018年4月起开始建设全新3D NAND封装测试产线,组建团队,研发先进封测技术。而长江存储的杨士宁也在当月带队到宏茂微电子了解3D闪存封装的项目的相关情况,希望宏茂能够与长江存储能在3D闪存存储器的项目上共同成长。经历了半年多之后,紫光宏茂完成了全部产品研发和认证,顺利实现量产,正式交付紫光存储用于企业级SSD的3D NAND芯片颗粒。公司现在也成长为全系列存储器封测的一站式服务提供商,提供包括3D NAND(Raw NAND,eMMC,UFS,eMCP,TF card)、2D NAND、NOR、DRAM、SRAM等存储器产品的封装和测试。


紫光宏茂的宣告,扫清了长江存储芯片上市前的最后一个障碍。


蓄势待发,国产存储芯片还有几个难关要过



无论是对于紫光集团、长江存储或者紫光宏茂,他们终于可以松了一口气,因为在经历了沿路的那么多质疑,他们终于在某种程度上做成了别人认为他们做不成的事情。如果按照他们的规划,封装有长江存储die的芯片也将在不久之后在市场上看到,但对这个“新贵族”来说,前明年依然还有不少的挑战,首先面临的就是价格战。


根据Digitimes的报道,NAND Flash的价格在经历了2017年的疯长之后,2018年年底终于回落到0.08美元每GB 的价格,按照他们的说法,这已经逼近了部分厂商的成本价。他们进一步指出,在跌价、扩产等多重因素影响下,供应链洗牌淘汰赛一触即发,这是国内存储芯片业者不能忽视的一个重点。


在技术方面,国内存储应该也还将扮演一个追赶者的角色。


今年五月,全球最大NAND Flash共供应商三星宣布,他们已经开始批量生产第五代V-NAND 3D堆叠闪存。据称,这些产品采用目前行业最高的96层堆叠设计,在芯片内部则集成了超过850亿个3D TLC CTF存储单元,每单元可保存3比特数据。单Die容量更是达到达32GB。这些单元以金字塔结构堆积,而每一层之间贯穿极微小的垂直通道孔洞也仅仅只有几百微米宽。


而西部数据与东芝则早在2017年表示,已经成功研发出96层芯片和QLC技术;SK 海力士 (SK Hynix)研发出96层3D NAND Flash,首创电荷储存式快闪存储器(Charge Trap Flash;CTF)与Peri Under Cell(PUC)技术结合,让产品的性能与容量优于72层3D NAND Flash,目标2018年底前量产。


这些厂商除了在传统的3D NAND Flash技术领先,并在持续加入投资外,他们还开启了新技术的布局。以三星为例,他们最近几年正在推广的,被看做NAND Flash潜在替代品之一的MRAM也在最近宣告获得了更多的进展。在近来举办的IEDM上,三星研发中心首席工程师Yoon Jong Song还表示:“我认为现在是时候展示一下我们在MRAM制造和商业化方面的成果了。”


前路注定不是坦途,但相信国产存储会走出一条康庄大道。


文/半导体行业观察 李寿鹏


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1822期内容,欢迎关注。

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