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來源：semiengineering

在價格和競爭壓力期間，3D NAND供應(yīng)商正準(zhǔn)備迎接新的戰(zhàn)斗，相互競爭下一代技術(shù)。

隨著新玩家進入3D NAND市場 - 中國的長江存儲（以下簡稱：YMTC），競爭正在加劇。在中國政府撥款數(shù)十億美元的支持下，YMTC最近推出了其首款3D NAND技術(shù)。 此舉加劇了對新進入者可能影響市場惡化的擔(dān)憂。 3D NAND業(yè)務(wù)正在走向長期供過于求和價格下跌的局面。

3D NAND是當(dāng)今平面NAND閃存的后續(xù)產(chǎn)品，用于存儲應(yīng)用，如智能手機和固態(tài)存儲（SSD）。 與平面NAND（2D結(jié)構(gòu)）不同，3D NAND類似于垂直摩天大樓，其中水平層的存儲器單元被堆疊，然后使用微小的垂直通道連接。

圖1：2D NAND架構(gòu)。資料來源：Western Digital。

圖2：3D NAND架構(gòu)。資料來源：Western Digital

3D NAND通過設(shè)備中堆疊的層數(shù)來量化。隨著更多層的添加，位密度增加。今天，3D NAND供應(yīng)商正在推出64層設(shè)備，盡管他們現(xiàn)在正在推進下一代技術(shù)，它擁有96層。分析師表示，到2019年中期，供應(yīng)商正在競相開發(fā)和發(fā)布下一代128層產(chǎn)品。

在研發(fā)方面，供應(yīng)商也在開發(fā)下一代技術(shù)，分別為256層和512層。 “這是一場比賽，”TechInsights的分析師Jeongdong Choe說。 “這是最高籌碼量的競賽。”

有些人偏離了路線圖。在一種情況下，供應(yīng)商最終會轉(zhuǎn)移到半個節(jié)點以保持領(lǐng)先于游戲。然后，競爭背后的YMTC計劃在2019年中期之前發(fā)布一個64層設(shè)備，但它將跳過96層直接移動到128層。 “他們的任務(wù)是追趕三星和其他公司。也許在2020年或2021年，他們將做128，“Choe說。

現(xiàn)有的3D NAND供應(yīng)商 - 英特爾，美光，三星，SK海力士和東芝 - 并沒有停滯不前，他們將在競爭中保持領(lǐng)先地位。但是每個供應(yīng)商都采用不同的方法來擴展3D NAND。

無論如何，3D NAND縮放很難。由于一系列技術(shù)和成本挑戰(zhàn)，從96層以上遷移更加令人生畏。

對于96層及更高層，3D NAND供應(yīng)商可能需要轉(zhuǎn)向晶圓廠的新舊技術(shù)。事實上，低溫蝕刻的重新出現(xiàn)，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。新的粘接和其他技術(shù)正在開發(fā)中。

圖3：3D NAND閃存路線圖。資料來源：Imec

商業(yè)環(huán)境帶來了另一項挑戰(zhàn)。去年，NAND市場受到產(chǎn)品短缺，供應(yīng)鏈問題和技術(shù)轉(zhuǎn)型困難的困擾。

Objective Analysis的分析師吉姆·漢迪（Jim Handy）表示，今天的情況不同，因為3D NAND市場有望在今年年底“崩潰”。 “我們已經(jīng)看到一些價格下跌。現(xiàn)貨市場價格全年下跌。“

這種情況不同于許多下行周期，其特點是需求疲軟和供過于求。 “我們正處于供過于求的邊緣，”漢迪說。 “問題在于人們在制作3DNAND方面的效率越來越高。它是供應(yīng)驅(qū)動的。不乏需求。”

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，對于NAND來說，平均銷售價格（ASP）預(yù)計將在2018年下降24％，在2019年下降23％。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，預(yù)計2018年NAND收入總額將達到587億美元，高于2017年的537億美元。

圖4：第二季度NAND收入預(yù)測資料來源：Gartner

圖6：溝道蝕刻挑戰(zhàn)。資料來源：LamResearch。

64層設(shè)備的縱橫比為60：1，而32/48層設(shè)備的縱橫比為40：1。盡管如此，今天的蝕刻機仍然可以完成這項工作，至少在某種程度上是這樣。 “32層，48層和64層設(shè)備使用傳統(tǒng)的蝕刻工具用于HAR通道孔，”TechInsights的Choe說。

基于這一前提，可以想象供應(yīng)商可以使用串型堆疊從96層遷移到128層以上。理論上，使用傳統(tǒng)的蝕刻工具，供應(yīng)商可以處理兩個64層設(shè)備，從而實現(xiàn)128層。

單層方法是另一個故事，因為縱橫比超過70：1。 “對于96層，我們可以用一步蝕刻進行蝕刻。但是你可能有蝕刻損壞或者輪廓不好。如果我們使用一步蝕刻，這很難，”Choe說。

對于單層96層設(shè)備及其他設(shè)備，業(yè)界需要用于HAR步驟的傳統(tǒng)蝕刻工具。 “但是，需要另一種等離子工具和方法。低溫蝕刻就是一個例子，”Choe說。

傳統(tǒng)的蝕刻器涉及在室溫下交替蝕刻和鈍化步驟的過程。相反，低溫蝕刻在低溫下進行。他們使用氟基高密度等離子體。

“低溫蝕刻并不新鮮。人們已經(jīng)將它用于其他應(yīng)用，“Applied的Pakala說。 “原子在高溫下移動。如果您在蝕刻時不需要原子，則可以降低溫度。”

然而，低溫蝕刻是困難且昂貴的。 “我們回到了未來。我們正在做的是引入低溫蝕刻。自20世紀(jì)80年代中期以來，它一直存在于文獻中，但它遠遠超過了它的時代，”Lam的Gottscho說。 “這是一項艱巨的技術(shù)，但我們?nèi)〉昧撕艽蟮倪M步。低溫蝕刻的優(yōu)勢在于，您可以在此高縱橫比特征底部的蝕刻前沿處獲得更多反應(yīng)物。這提高了蝕刻速率。這是一項昂貴的技術(shù)實施，但其好處超過了增加的成本。”

更多步驟在此過程之后，每個供應(yīng)商都遵循不同的流程。在一些流程中，通道襯有多晶硅并填充有二氧化硅。

然后，去除疊層中的原始氮化物層。沉積柵極電介質(zhì)，然后使用鎢用于字線的導(dǎo)電金屬柵極填充。這是復(fù)雜過程的簡化版本。

圖7：3D NAND流程來源：客觀分析

通常，整個過程在工廠中以一個連續(xù)的流程進行。供應(yīng)商將首先采用基板并在其上構(gòu)建邏輯電路，然后是NAND結(jié)構(gòu)。

然而，YMTC還有另一種方法。該公司處理一個晶圓上的電路和另一個晶圓上的NAND結(jié)構(gòu)。然后，使用數(shù)百萬個金屬垂直互連存取結(jié)構(gòu)將兩個晶片電連接并電連接。 YMTC的方法，稱為Xtacking，將制造周期時間縮短了20％，并允許更高的位密度。

在YMTC上升并投入生產(chǎn)之前需要一段時間，因此現(xiàn)有的參與者將在可預(yù)見的未來繼續(xù)主導(dǎo)競爭格局。

不過，可以肯定的是，這是OEM的好時機。 3D NAND產(chǎn)品將以具有競爭力的價格提供豐富的產(chǎn)品。