3DNAND高壓競爭,三星獨家領先:線上賭場賺錢
線上賭場賺錢描述::平面NAND閃存的制程己經達15納米,幾乎接近它的物理極限,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技術很復雜,相比較而言由于成品率低,導致成本高。有分析師預測,到2018年中期全球NAND閃存在3D堆疊技術的推動下,價格可能低到每Gb約3美分。
自2013年8月三星率先推出3D NAND以來,之后的每年都會前進一步,由24層、32層、48層到今年第四代的64層,以及2017年可能是80層。三星存儲器的領軍人物金永南表示,該公司有近1000名的存儲研發人員,一起共同工作己有約20年之久,共有480篇文章在Sciences and Nature等雜志發表及擁有130項專利。
3D NAND 制造關鍵工藝
3D NAND的制造工藝十分復雜,以下把關鍵部分列出:
High aspect ratio trenches(高深寬比的溝開挖)
No doping on source or drain(在源與漏中不摻雜)
Perfectly parallel walls(完全平行的側壁)
Tens of stairsteps(眾多級的樓梯(臺階))
Uniform layer across wafer(在整個硅片面上均勻的淀積層)
Single-Litho stairstep(一步光刻樓梯成形)
Hard mask etching(硬掩模付蝕)
Processing inside of hole(通孔工藝)
Deposition on hole sides(孔內壁淀積工藝)
Polysilicon channels(多晶硅溝道)
Charge trap storage(電荷俘獲型存儲)
Etch through varying materials(各種不同材料的付蝕)
Deposition of tens of layers(淀積眾多層材料)
3D NAND制造中的關鍵工藝如下圖所示:
3D NAND的競爭加劇
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,可能需要重新來思考,至少各方之間的差距正逐步縮小,因為誰都不愿落后,從3D NAND的技術與產能方面都在積極的進行突破,近期它們的戰況分別如下:
英特爾
日前,英特爾大連廠帶來震驚的消息,經過僅8個多月的努力,英特爾大連非易失性存儲制造新項目于今年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制造工廠。
東芝
東芝在2016年春季開始量產48層3D NAND,緊接著7月15日在它的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閃存。
東芝在3D NAND閃存方面的決心很大,計劃2017年讓3D NAND占其整體NAND出貨量的50%,至2018財年增加到占80%。
另外,由于2016年5月西數(WD)并購閃迪(Sandisk)之后,現在決定延續與東芝的合作關系。東芝與西數雙方各自出資50%,將在2016-2018的三年內總投資1.5兆日圓,相當于147億美元。
美光
美光(Micron)在新加坡與英特爾合資的12英寸廠于2016年Q1開始量產3D NAND,月產3000片,并計劃于今年底擴充產能至40000片。
8月9日美光正式推出了首款面向中高端智能手機市場的32GB 3D NAND存儲產品。
該款3D NAND芯片是業內首款基于浮柵技術的移動產品,也是業內最小的3D NAND存儲芯片,面積只有60.217 mm2,同時采用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;基于3D NAND的多芯片封裝 (MCP) 技術和低功耗LPDDR4X,使得該閃存芯片比標準的LPDDR4存儲的能效多出20%。此外,與相同容量的平面NAND芯片相比,美光3D NAND芯片的尺寸可以縮小30%。
SK海力士
海力士也不甘示弱,其位于利川M14廠近期改造完畢。SK海力士進一步表示,2016年底將建立2萬-3萬片的3D NAND Flash產能,以適應市場需求。第3季之前的3D NAND Flash投資與生產重心會放在36層產品,預計今年的第4季將計劃擴大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,新建一座存儲器制造廠。
三星
顯然,三星的優勢尚在,據J.P.摩根發表研究報告指出,三星應該會在2016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、Line 16廠接近4萬片)。三星的西安廠目前已接近(100000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,于明年投產3D NAND。依據上述假設,J.P.摩根估計三星明年底的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、Line 17廠近4萬片),等于是比今年底的月產能(16萬片)再擴充37.5%。
在近四個月以來發生最大變化的是東芝及英特爾。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產出己經占它NAND的比重達40%。但是東芝正努力追趕,因為它的64層提前量產,可能與三星幾乎同步,但是它的目標更為誘人,其3D NAND在2017年目標要占整體NAND產出50%,(目前僅5.4%)以及2018年的80%。
另外,英特爾大連廠僅用8個月時間完成NAND閃存生產線的改造。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,或是Xpoint新型存儲器。非常可能2017年東芝和英特爾的3D NAND產能將是三星西安廠的2-3倍,將直接威脅到三星的霸者地位。
總結
歷來存儲器業就像是一場賭局,對于中國半導體業來說更是沒有退路,只有迎頭努力往前趕。武漢新芯存儲器項目上馬的意義,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,其次是降低制造成本,逐漸縮小差距。爭取在未來全球半導體業的大勢處于上升周期時,存儲器價格有所回升,那時武漢新芯才有可能實現突圍成功的希望。
據目前的水平,以三星的技術為例,其平面NAND 2015年采用16納米制程,容量為64Gb,芯片面積為86.4mm2,折算每mm2為740Mb,而與三星的48層3D NAND相比較,2016年采用21納米制程,容量達256Gb,芯片面積為99mm2,折算每mm2可達2600Mb。以三星的技術水平,估計它的48層3D NAND的成本己經接近2D NAND,未來64層時可能會占優勢。而其它的各家,不知東芝怎么樣?反正如果成本優勢不足,它們也不可能去積極的擴充產能。
不管如何,到2018年武漢新芯實現諾言量產3D NAND時,它的32層與三星可能己經達100層相比己經落后四代左右,可能更為嚴峻的是制造成本方面的差距,因此武漢新芯的產能擴充不可能盲目地馬上擴大到月產100000片。