NAND闪存 哪条路都不轻松

存储器 中国闪存市场 Helan 2013-08-06 09:15
半导体存储器厂商的设备投资已经停了一两年,现在却因预计移动产品等用途的需求会扩大而呈现出恢复趋势。东芝的动向便说明了这一点。该公司7月初宣布将在其NAND闪存(以下称NAND)的主力生产基地——日本四日市工厂建设新的清洁车间,由此来“确保NAND的新一代工艺产品和三维构造产品的生产空间”(东芝)。
虽然需求扩大的机会已出现在眼前,但各NAND厂商目前仍面临着艰难的抉择。这种抉择就是“在什么时候放弃微细化、转向3D NAND”。3D NAND技术通过层叠多层存储单元的方法,而不是原来缩小加工尺寸(微细化)的方法来降低平均每个存储位的成本。东芝的“3D构造产品”就相当于3D NAND。
NAND的微细化目前已发展到1Xnm工艺,东芝已开始量产19nm工艺产品,美光科技也于2013年7月中旬开始提供16nm工艺产品的样片(参阅本站报道)。但是,微细化正日益接近极限。在日经BP社2013年2月举办的研讨会“2013年世界半导体东京峰会”上,对于NAND的微细化极限,东芝董事、代表执行董事副社长(演讲时)斋藤升三与美光公司CEO马克·杜肯(Mark Durcan)不约而同地认为,“估计可以达到15nm工艺,但12nm工艺也许很难实现”。即便这些言语中包含着一些业务战略上的因素,10nm工艺之后会达到NAND微细化极限也是基本上已经确定的事实。
在这种情况下,3D NAND终于要迎来大显身手的机会了。由于预计大型NAND厂商将于2013年下半年开始提供3D NAND的样片,设备厂商还在考虑将其用于SSD(固态硬盘)等。大型制造装置厂商——应用材料在最近的记者发布会上预测称,随着NAND的3D化,“此前流向(微细化必须的)光刻的设备投资将被分配给(应用材料公司的业务领域)成膜及蚀刻”,表现出了对NAND一大技术转型的期待。
尽管如此,3D NAND走向量产化的道路也不会轻松,其最大障碍是“2D NAND的微细化持续时间比预期长”。微细化越进步,每存储位的成本越低,要取代2D NAND的3D NAND应该实现的每存储位的成本就会面临更高的门槛。预计3D NAND的光刻成本会低于2D NAND,但这一部分成本会被“分配给成膜及蚀刻”。对于3D NAND,要想降低每存储位的成本,就必须通过增加存储单元的层叠数量来提高位密度,但层叠数量增加也会导致成膜及蚀刻成本增加。
尽管业界最初曾认为3D NAND会在2012年内开始提供样片,但现在看来要推迟一年左右。而且,2D NAND的微细化在此期间也在不断进步,因此,对3D NAND的技术要求也进一步提高。以前业界认为第一代3D NAND产品的存储单元层叠数量为24层左右,但最近不得不考虑要层叠32层以上。
如果第一代产品的层叠数量这样增加的话,那么第二代以及以后的产品的技术门槛也会提高。尽管目前层叠数量好像无法超过100层,但也许会出现这样的情况:好不容易实现了3D NAND的量产化,第三代产品就会再次迎来技术极限。
除了这些技术方面的困难之外,还要考虑厂商的战略因素。3D NAND的生产线设备构成与2D NAND有些不同,要实现3D NAND的量产,就要进行比较大的设备投资。因此,在什么时机进行3D NAND的大规模投资,是非常重要的决定。
如果先于其他公司开始向3D NAND转型加速,也许生产的3D NAND会被率先采用,但任何企业都无法保证3D NAND能够一下子取代2D NAND。如果其他企业没有追随而来,偏重于从多家公司采购产品的设备厂商或许会对3D NAND敬而远之。将赌注下在3D NAND上,可能会导致企业“一家独败”。另一方面,如果过于追求2D NAND的微细化,就有可能在3D NAND的量产领域与其他公司产生巨大差距。
可以说,固步自封于2D NAND和决定向三维转型都不是轻松的道路。美光已宣布开始提供16nm工艺产品的样片,对微细化表现出了积极的姿态。恐怕该公司宣布的这一消息也包含着牵制其他公司的意思。

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