研华
books

存储器公司在DRAM与3D NAND之间的抉择

  • 林育中
存储器产业内的想法会牵动整个半导体产业,而DRAM与3D NAND的研发与生产综效不再。资金有限,在两者之间的投资怎么分配?(图片来源:Intel)

存储器今年的销售预测占半导体总销售额29%,比逻辑产品的27%略胜一筹。虽说部份原因是今年的存储器售价高涨,但中期趋势来看存储器占半导体总销售额的比例还是会持续上涨,因而存储器产业内的想法也牵动整个半导体产业。

DRAM现在的状况进入摩尔定律斜率变缓的后段。从最领先的三星制程节点命名18nm(Pascal,1x)、17nm(Armstrong,1y)、16nm (Kevlar,1z)乃至于其后的1a、1b、1c和 1d就知道制程的进展已需要1nm、1nm的攻克,16nm之后甚至可能需要所费不赀的EUV。制程微缩的利益也从以前推进每个节点每位元成本可降低30%以上、到从25nm到20nm的15~20%、到以后可能是个位数的丁点改善。

虽然其它的手段可能一次性的增进其表现,譬如SK Hynix用Honeycomb来替代checkerboard的位元排列方式以提高位元密度,或者是HBM2(High Bandwidth Memory)接口规格用芯片堆叠的方式使其带宽达到4096位元,但除非元件结构或制程有革命性的变化,基本上要增加DRAM的产量,就主要靠设备的投资,这是半导体产业从来没有经历过的窘迫情境。

NAND在20nm、48层之后就开始经历2D和3D的成本倒置,现在3D占NAND总供应量的比例急遽提升中。后果是3D NAND的制程研发和设备配置与DRAM从此分道扬镳。

NAND的产能提升还有些类似摩尔定律的空间,首先是堆叠的层数还可以往上提升,但是制程中所需的垂直孔洞长宽比(aspect ratio)终将限制堆叠的层数。接著制程的节点和孔洞的大小还有一些空间微缩,但孔洞微缩也会影响长宽比。另外当然也还有一些一次性的改进方法,譬如Micron将晶体管置于储存位元之下,所得的晶粒尺寸就艳冠群芳。

总的来说,3D NAND短期内还有保持类摩尔定律步伐的空间,产能的增加可以依靠小部份设备的添购以及制程的研发并进,特别是3D NAND 的制程节点目前并没有超越以前2D NAND,一部份的设备可以在折旧殆尽后持续使用,使得晶粒成本进一步降低,这也是为什么有些研究报告的晶粒成本栏位有without depreciation栏位的原因。

现在主要的存储器公司大都是有DRAM与3D NAND两种生意的。DRAM与3D NAND的研发与生产综效不再。资金有限,在两者之间的投资怎么分配?很多报告说存储器公司对DRAM生产设备的投资态势保守,要是我也会做相同的抉择。

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。