中国正在下大力度推进存储产业的发展

    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栅技术的移动产品，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。