新玩家入场--3D NAND 之战已打响!蚀刻比光刻更重要

2018-08-21 12:31:14 来源:n

来源:semiengineering

在价格和竞争压力期间,3D NAND供应商正准备迎接新的战斗,相互竞争下一代技术。

随着新玩家进入3D NAND市场 - 中国的长江存储(以下简称:YMTC),竞争正在加剧。在中国政府拨款数十亿美元的支持下,YMTC最近推出了其首款3D NAND技术。 此举加剧了对新进入者可能影响市场恶化的担忧。 3D NAND业务正在走向长期供过于求和价格下跌的局面。

3D NAND是当今平面NAND闪存的后续产品,用于存储应用,如智能手机和固态存储(SSD)。 与平面NAND(2D结构)不同,3D NAND类似于垂直摩天大楼,其中水平层的存储器单元被堆叠,然后使用微小的垂直通道连接。

图1:2D NAND架构。资料来源:Western Digital。

图2:3D NAND架构。资料来源:Western Digital

3D NAND通过设备中堆叠的层数来量化。随着更多层的添加,位密度增加。今天,3D NAND供应商正在推出64层设备,尽管他们现在正在推进下一代技术,它拥有96层。分析师表示,到2019年中期,供应商正在竞相开发和发布下一代128层产品。

在研发方面,供应商也在开发下一代技术,分别为256层和512层。 “这是一场比赛,”TechInsights的分析师Jeongdong Choe说。 “这是最高筹码量的竞赛。”

有些人偏离了路线图。在一种情况下,供应商最终会转移到半个节点以保持领先于游戏。然后,竞争背后的YMTC计划在2019年中期之前发布一个64层设备,但它将跳过96层直接移动到128层。 “他们的任务是追赶三星和其他公司。也许在2020年或2021年,他们将做128,“Choe说。

现有的3D NAND供应商 - 英特尔,美光,三星,SK海力士和东芝 - 并没有停滞不前,他们将在竞争中保持领先地位。但是每个供应商都采用不同的方法来扩展3D NAND。

无论如何,3D NAND缩放很难。由于一系列技术和成本挑战,从96层以上迁移更加令人生畏。

对于96层及更高层,3D NAND供应商可能需要转向晶圆厂的新旧技术。事实上,低温蚀刻的重新出现,最早出现在20世纪80年代。新的粘接和其他技术正在开发中。

图3:3D NAND闪存路线图。资料来源:Imec

商业环境带来了另一项挑战。去年,NAND市场受到产品短缺,供应链问题和技术转型困难的困扰。

Objective Analysis的分析师吉姆·汉迪(Jim Handy)表示,今天的情况不同,因为3D NAND市场有望在今年年底“崩溃”。 “我们已经看到一些价格下跌。现货市场价格全年下跌。“

这种情况不同于许多下行周期,其特点是需求疲软和供过于求。 “我们正处于供过于求的边缘,”汉迪说。 “问题在于人们在制作3DNAND方面的效率越来越高。它是供应驱动的。不乏需求。”

根据Gartner的数据,对于NAND来说,平均销售价格(ASP)预计将在2018年下降24%,在2019年下降23%。根据Gartner的数据,预计2018年NAND收入总额将达到587亿美元,高于2017年的537亿美元。

图4:第二季度NAND收入预测资料来源:Gartner

图6:沟道蚀刻挑战。资料来源:LamResearch。

64层设备的纵横比为60:1,而32/48层设备的纵横比为40:1。尽管如此,今天的蚀刻机仍然可以完成这项工作,至少在某种程度上是这样。 “32层,48层和64层设备使用传统的蚀刻工具用于HAR通道孔,”TechInsights的Choe说。

基于这一前提,可以想象供应商可以使用串型堆叠从96层迁移到128层以上。理论上,使用传统的蚀刻工具,供应商可以处理两个64层设备,从而实现128层。

单层方法是另一个故事,因为纵横比超过70:1。 “对于96层,我们可以用一步蚀刻进行蚀刻。但是你可能有蚀刻损坏或者轮廓不好。如果我们使用一步蚀刻,这很难,”Choe说。

对于单层96层设备及其他设备,业界需要用于HAR步骤的传统蚀刻工具。 “但是,需要另一种等离子工具和方法。低温蚀刻就是一个例子,”Choe说。

传统的蚀刻器涉及在室温下交替蚀刻和钝化步骤的过程。相反,低温蚀刻在低温下进行。他们使用氟基高密度等离子体。

“低温蚀刻并不新鲜。人们已经将它用于其他应用,“Applied的Pakala说。 “原子在高温下移动。如果您在蚀刻时不需要原子,则可以降低温度。”

然而,低温蚀刻是困难且昂贵的。 “我们回到了未来。我们正在做的是引入低温蚀刻。自20世纪80年代中期以来,它一直存在于文献中,但它远远超过了它的时代,”Lam的Gottscho说。 “这是一项艰巨的技术,但我们取得了很大的进步。低温蚀刻的优势在于,您可以在此高纵横比特征底部的蚀刻前沿处获得更多反应物。这提高了蚀刻速率。这是一项昂贵的技术实施,但其好处超过了增加的成本。”

更多步骤在此过程之后,每个供应商都遵循不同的流程。在一些流程中,通道衬有多晶硅并填充有二氧化硅。

然后,去除叠层中的原始氮化物层。沉积栅极电介质,然后使用钨用于字线的导电金属栅极填充。这是复杂过程的简化版本。

图7:3D NAND流程来源:客观分析

通常,整个过程在工厂中以一个连续的流程进行。供应商将首先采用基板并在其上构建逻辑电路,然后是NAND结构。

然而,YMTC还有另一种方法。该公司处理一个晶圆上的电路和另一个晶圆上的NAND结构。然后,使用数百万个金属垂直互连存取结构将两个晶片电连接并电连接。 YMTC的方法,称为Xtacking,将制造周期时间缩短了20%,并允许更高的位密度。

在YMTC上升并投入生产之前需要一段时间,因此现有的参与者将在可预见的未来继续主导竞争格局。

不过,可以肯定的是,这是OEM的好时机。 3D NAND产品将以具有竞争力的价格提供丰富的产品。

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