在3D NAND風(fēng)暴到來之前需要知曉的是什么？

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自 2013 年 8 月三星首先宣布它的 3D NAND 成功推出，之后的每年它都會(huì)前進(jìn)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(chǔ)器的領(lǐng)軍人物金永南說，它有近 1000 名的研發(fā)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(fā)表,及擁有 130 項(xiàng)專利。

有分析師預(yù)測(cè)在 2018 年中期時(shí)全球 NAND 閃存在 3D 堆疊技術(shù)的推動(dòng)下，價(jià)格可能低到每 Gb 約 3 美分。

3D NAND 制造關(guān)鍵工藝

3D NAND 的制造工藝十分復(fù)雜，以下把關(guān)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(cè)壁

?Tens of stairsteps
眾多級(jí)的樓梯(臺(tái)階)

?Uniform layer across wafer
在整個(gè)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(nèi)壁淀積工藝

?Polysilicon channels
多晶硅溝道

?Charge trap storage
電荷俘獲型存儲(chǔ)

?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

3DNAND 制造中的關(guān)鍵工藝如下圖所示；

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3D NAND 的競(jìng)爭(zhēng)加劇

近期全球 3D NAND 的發(fā)展迎來少見的紅火，之前認(rèn)為僅三星獨(dú)家領(lǐng)先的態(tài)勢(shì)，可能需要重新來思考，至少各方之間的差距正逐步縮小,因?yàn)檎l都不愿落后，從 3DNAND 的技術(shù)與產(chǎn)能方面都在積極的進(jìn)行突破,近期它們的戰(zhàn)況分別如下：

英特爾

英特爾大連廠帶來震驚的消息,經(jīng)過僅 8 個(gè)多月的努力，英特爾大連非易失性存儲(chǔ)制造新項(xiàng)目于今年 7 月初實(shí)現(xiàn)提前投產(chǎn)。

去年 10 月，英特爾公司宣布投資 55 億美元將大連工廠建設(shè)為世界上最先進(jìn)的非易失性存儲(chǔ)器制造工廠。

東芝

東芝在 2016 年春季開始量產(chǎn) 48 層 3D NAND,緊接著 7 月 15 日在它的三重縣四日市的半導(dǎo)體二廠中舉行啟動(dòng)儀式，未來該廠將量產(chǎn) 64 層 3D NAND 閃存。此舉表示東芝可能領(lǐng)先于三星，因?yàn)槿窃鹊挠?jì)劃是 2017 年下半年在韓國(guó)京畿道平澤市廠量產(chǎn)它的 64 層 3D NAND 閃存。

東芝在 3D NAND 閃存方面的決心很大,計(jì)劃 2017 年它的 3D NAND 占它的 NAND 出貨量的 50%,至 2018 財(cái)年增加到占 80%。

另外,由于 2016 年 5 月威騰(WD,western digital)并購(gòu)新帝(Sandisk)之后，現(xiàn)在決定延續(xù)與東芝的合作關(guān)系。東芝與威騰雙方各自出資 50%,在未來 2016 to 2018 的三年內(nèi)總投資 1.5 兆日?qǐng)@,相當(dāng)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(chǎn) 3D NAND,月產(chǎn) 3,000 片，并計(jì)劃于今年底擴(kuò)充產(chǎn)能至 40,000 片。

8 月 9 日美光正式推出了首款面向中高端智能手機(jī)市場(chǎng)的 32GB 3D NAND 存儲(chǔ)產(chǎn)品。

該款 3D NAND 芯片是業(yè)內(nèi)首款基于浮柵技術(shù)的移動(dòng)產(chǎn)品，也是業(yè)內(nèi)最小的 3D NAND 存儲(chǔ)芯片，面積只有 60.217 mm2，同時(shí)采用 UFS 2.1 標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)設(shè)備，讓移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一流的順序讀取性能；基于 3D NAND 的多芯片封裝 (MCP) 技術(shù)和低功耗 LPDDR4X，使得該閃存芯片比標(biāo)準(zhǔn)的 LPDDR4 存儲(chǔ)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%。

海力士

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(jìn)一步表示，2016 年底將建立 2 萬~3 萬片的 3D NAND Flash 產(chǎn)能，以因應(yīng)市場(chǎng)需求。第 3 季之前的 3D NAND Flash 投資與生產(chǎn)重心會(huì)放在 36 層產(chǎn)品，預(yù)計(jì)今年的第 4 季將計(jì)劃擴(kuò)大 48 層產(chǎn)品的投資與生產(chǎn)能力。另外海力士也計(jì)劃投資 15.5 兆韓元,約 134 億美元,新建一座存儲(chǔ)器制造廠。

三星

顯然,三星的優(yōu)勢(shì)尚在,據(jù) J.P. 摩根發(fā)表研究報(bào)告指出，三星應(yīng)該會(huì)在 2016 年底將 3D NAND 的月產(chǎn)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(100,000 片)產(chǎn)能全開，且該公司還計(jì)劃把 Line 16 廠的部分 2D NAND 產(chǎn)能轉(zhuǎn)換為 3D。

另外，三星也將調(diào)用 Line 17 廠在二樓的空間，于明年投產(chǎn) 3D NAND。依據(jù)上述假設(shè)，J.P. 摩根估計(jì)三星明年底的 3D NAND 月產(chǎn)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(chǎn)能(16 萬片)再擴(kuò)充 37.5%。

在近四個(gè)月以來發(fā)生最大變化的是東芝及英特爾。因?yàn)楝F(xiàn)階段三星在 NAND 方面領(lǐng)先，估計(jì)平均領(lǐng)先兩年左右,而目前它的 3D NAND 產(chǎn)出己經(jīng)占它 NAND 的比重達(dá) 40%。但是東芝正后續(xù)趕上來，因?yàn)樗?64 層提前量產(chǎn)，可能與三星幾乎同步，但是它的目標(biāo)更為誘人，它的 3D NAND 在 2017 年目標(biāo)要占它的 NAND 產(chǎn)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(gè)月時(shí)間完成 NAND 閃存生產(chǎn)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(chǎn)的是 3D NAND,或是它的 Xpoint 新型存儲(chǔ)器。非常可能 2017 年?yáng)|芝和英特爾的 3D NAND 產(chǎn)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。

結(jié)語(yǔ)

由于平面 NAND 閃存的量產(chǎn)己經(jīng)達(dá) 15 納米，幾乎接近它的物理極限，因此為了提高存儲(chǔ)器的容量及帶寬，向 3DNAND 技術(shù)邁進(jìn)是必然趨勢(shì)。

但是 3DNAND 技術(shù)很復(fù)雜，相比較而言由于成品率低，導(dǎo)致成本高。據(jù)目前的水平，依三星的技術(shù)作例，它的平面 NAND，2015 年采用 16 納米制程，容量為 64Gb，芯片面積為 86.4 平方毫米，折算每平方毫米為 740Mb，而與三星的 48 層 3DNAND 相比較，2016 年采用 21 納米制程，容量達(dá) 256Gb，芯片面積為 99 平方毫米，折算每平方毫米可達(dá) 2，600Mb。

依三星的技術(shù)水平，據(jù)估計(jì)它的 48 層 3DNAND 的成本己經(jīng)接近 2D NAND，未來 64 層時(shí)可能會(huì)占優(yōu)勢(shì)。而其它的各家，不知東芝怎么樣？反正如果成本優(yōu)勢(shì)不足，它們也不可能去積極的擴(kuò)充產(chǎn)能。

不管如何，到 2018 年武漢”新芯”實(shí)現(xiàn)諾言量產(chǎn) 3DNAND 時(shí)，它的 32 層與三星可能己經(jīng)達(dá) 100 層相比己經(jīng)落后四代左右，可能更為嚴(yán)峻的是制造成本方面的差距，因此”新芯”的產(chǎn)能擴(kuò)充不可能盲目地馬上擴(kuò)大到月產(chǎn) 100，000 片。但是歷來存儲(chǔ)器業(yè)就是象一場(chǎng)賭局,對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體業(yè)是沒有退路，只有迎頭努力往前趕?！靶滦尽鄙像R的意義，它不能完全用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的概念來注釋，其中技術(shù)方面的突破是首位，其次是降低制造成本，逐漸縮小差距。爭(zhēng)取在未來全球半導(dǎo)體業(yè)的大勢(shì)處于上升周期時(shí)，存儲(chǔ)器價(jià)格有所回升，那時(shí)武漢”新芯”才有可能實(shí)現(xiàn)突圍成功的希望。

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