3D NAND风暴来袭,中国存储器厂商如何接招?

2016-08-22 09:53:42来源: 中国电子报
自2013年8月三星率先宣布成功推出3D NAND之后,在技术上每年都会前进一步,由24层、32层、48层,到今年的第四代64层。有消息称2017年三星将可能推出80层 3D NAND。除技术进步之外,有分析师预测在2018年中期,全球NAND闪存市场在3D堆叠技术的影响下,价格有可能低到每Gb约3美分。目前,中国正在下大力度推进存储产业的发展,3D NAND被认为是一个有利的突破口。在此之际,有必要了解3D NADN的产业竞争形势。
 
全球3D NAND竞争形势加剧
 
想要了解3D NAND,首先应当了解其关键制造工艺。3D NAND的制造工艺十分复杂,主要包括高深宽比的沟开挖(High aspect ratio trenches)、在源与漏中不掺杂(No doping on source or drain)、完全平行的侧壁(Perfectly parallel walls)、众多级的台阶(Tens of stairsteps)、在整个硅片面上均匀的淀积层(Uniform layer across wafer)、一步光刻楼梯成形(Single-Lithostairstep)、硬掩模刻蚀(Hard mask etching)、通孔工艺(Processing inside of hole)、孔内壁淀积工艺(Deposition on hole sides)、多晶硅沟道(Polysilicon channels)、电荷俘获型存储(Charge trap storage)、各种不同材料的刻蚀(Etch through varying materials)、淀积众多层材料(Deposition of tens of layers)等。这些还只是主要关键部骤,可见其复杂性。
 
然而,2D NAND在进入1xnm节点之后,器件耐久性和数据保持特性持续退化,单元之间的耦合效应难以克服,很难解决集成度提高和成本控制的矛盾,进一步发展面临瓶颈。发展3D NAND已经是大势所趋。近期全球3D NAND的发展迎来少见的红火,之前认为仅三星独家领先的态势,可能需要重新思考,至少各方之间的差距正逐步缩小。因为谁都不愿在未来落后。
 
从3D NAND的技术与产能方面寻求突破,近期几大厂商都在加大力度。日前,英特尔大连厂传出消息,经过仅8个多月的努力,英特尔大连厂非易失性存储制造新项目于今年7月初实现提前投产。去年10月,英特尔公司宣布投资55亿美元将大连工厂建设为世界上最先进的非易失性存储器制造工厂。
 
东芝方面,在2016年春季开始量产48层3D NAND,紧接着7月15日在日本三重县四日市的半导体二厂中举行启动仪式,未来该厂将量产64层3D NAND闪存。此举表示东芝可能领先于三星。因为三星原先的计划是2017年下半年在韩国京畿道平泽市厂量产它的64层3D NAND闪存。
 
东芝在3D NAND闪存方面的决心很大,计划2017年3D NAND占其全部NAND出货量的50%,至2018财年增加到80%。
 
另外,由于2016年5月西部数据并购闪迪并没有影响闪迪与东芝间的合作关系。东芝与西部数据双方各自出资50%,在未来2016年到2018年的三年内将总投资1.5兆日圆(约147亿美元)在存储方面。
 
美光(Micron)在新加坡与英特尔合资的12英寸厂于2016年第一季度开始量产3D NAND,月产3000片,并计划于今年年底扩充产能至4万片/月。8月9日美光正式推出了首款面向中高端智能手机市场的32GB 3D NAND存储产品。
 
该款3D NAND芯片是业内首款基于浮技术的移动产品,也是业内最小的3D NAND存储芯片,面积只有60.217 mm2,同时采用UFS 2.1标准的存储设备,让移动设备实现一流的顺序读取性能;基于3D NAND的多芯片封装(MCP)技术和低功耗LPDDR4X,使得该闪存芯片比标准的LPDDR4存储的能效更优。此外,与相同容量的平面NAND芯片相比,美光3D NAND芯片的尺寸可以缩小30%。
 
海力士也不甘示弱,它的利川M14厂近期改造完毕。SK海力士进一步表示,2016年年底将建立2万~3万片的3D NAND Flash产能,以应市场需求。第三季度之前的3D NAND Flash投资与生产重心会放在36层产品,预计今年的第四季度将扩大48层产品的投资与生产能力。另外海力士也计划投资15.5兆韩元,约134亿美元,新建一座存储器制造厂。
 
虽然其他厂商你争我夺,但是显然目前三星的优势尚在。据J.P.摩根发表的研究报告,三星应该会在2016年年底将3D NAND的月产能拉高至接近16万片晶圆(西安厂12万片及Line 16厂接近4万片)。三星的西安厂目前已接近(10万片/月片)产能全开,且该公司还计划把Line 16厂的部分2D NAND产能转换为3D。
 
另外,三星也将调用Line 17厂在二楼的空间,于明年投产3D NAND。依据上述消息,J.P.摩根估计三星明年年底的3D NAND月产能将攀升至22万片(西安厂12万片、Line 16厂近6万片、Line17厂近4万片),等于是比今年年底的月产能(16万片)再扩充37.5%。
 
以技术突破获取成本降低
 
根据上述分析,近四个月以来,变化最大的是东芝及英特尔。因为现阶段三星在NAND方面领先,估计平均领先两年左右,而目前它的3D NAND产出已经占它NAND的比重达40%。但是东芝正后来居上,因为它的64层提前量产,或者与三星同步,但是它的目标更为宏大,3D NAND在2017年目标要占它的NAND产出50%,2018年达以80%,而目前仅5.4%。
 
另外,英特尔大连厂仅用8个月时间便完成NAND闪存生产线的改造。目前尚不清楚英特尔大连厂将在今年下半年量产的是3D NAND,还是其Xpoint新型存储器。非常有可能的是,2017年东芝和英特尔的3D NAND产能将是三星西安厂的2~3倍。这将直接威胁到三星的霸主地位。
 
由于平面NAND闪存的量产已经达15纳米,几乎接近物理极限,因此为了提高存储器的容量及带宽,向3D NAND技术迈进是必然趋势。
 
但是3D NAND技术很复杂,由于成品率低,导致成本高。依三星的技术水平,估计它的48层3D NAND的成本已经接近2D NAND,未来64层时可能会占优势。而其他的各厂家现阶段仍然需要克服成本这一难题。这可以给中国存储厂商一些时间。
 
但是,不管如何,到2018年长江存储实现诺言量产3D NAND时,它的32层与三星可能已经达100层相比绝不占优势。技术只是一个方面,更为严峻的是制造成本方面的差距。
 
因此,长江存储的产能扩充不可能盲目地马上扩大到月产10万片规模。但是历来存储产业就是像一场赌局,对于中国半导体业是没有退路,只有迎头努力往前赶。长江存储上马的意义,不能完全用市场经济的概念来注释,其中技术方面的突破是首位,其次是降低制造成本,逐渐缩小差距。争取在未来全球半导体业处于上升周期时,存储器价格有所回升,那时长江存储才有希望实现成功突围。 
 

关键字:NAND

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qrs/article_2016082229844.html
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