2022年10月,美国工业和安全管理局(BIS)对中国实施六大类制裁,其中包括对128层以上3D NAND设备及零配件的禁运,以及对美籍人员参与的限制。
同年12月,BIS进一步将长江存储列入实体清单(entity list),进一步限制其采购美国相关设备的能力,对其短期的营运造成相当影响。
但远在这些制裁实施之前,笔者看法就是长江存储是中国晶圆制造最有希望进入该次产业世界领先梯队的公司。至2026年第2季,长江存储的营业额已经占全球NAND市场的14%,非常接近营业利润足以支持后续技术研发的15%临界门槛。有些研究机构的预测是2030年后长江存储的全世界市场占比会超过20%,跃居世界第二。
之所以如此预测的原因在于中国的记体制造是国家政策,资金馈乏的可能性较少。所有发展的制约来自于技术层面。
中微公司董事长尹志尧在2024年的一次会议中表示,中国半导体设备的劣势主要集中在微影(lithography)、离子植入(ion implantation)以及电子束检测(e-beam inspection)3方面。3D NAND当然还有其他的挑战,譬如之前所述的高深宽比蚀刻,但这并不是中国设备厂商最主要的劣势,可以靠时间逐渐克服。
如果3D DRAM在2030~2032年后变成产业主流,如同3D NAND的状况,将同样发生。中国长鑫目前在世界市场的占比大概在10%左右。在剥离受限于缺乏EUV制程和良率的束缚后,兼之目前积极扩厂的态势,占上营利—研发良性循环的临界百分比15%是可以预期的事。
特别有趣的是,长鑫和长江存储都要发展成「完整」的存儲器公司,亦即同时有DRAM及3D NAND的产品,这在产业内的人看来是明显不过的必然之势。
首先,两种存儲器在市场行销方面有综效,需要DRAM的顾客大抵也需要NAND;反之亦然,这在过去的PC及手机市场都是如此。
另外,二者在技术、设备、产能上也有综效。平面的NAND及DRAM在结构上极为相似,都是底层晶體管、中间多晶矽(polysilicon)、上面2层金属。平面存儲器的制程开发通常由NAND领先,制程开发过的晶體管制程还可以由DRAM沿用,再另行开发电容。
所以在制程研发费用摊提及设备折旧上都可以一鱼两吃。由于设备相近,两种产品市场需求不均衡时也比较容易相互拨用,这些就是综效的来由。
可惜这样的综效在NAND改为3D堆叠制程后就无法再沿用。如果DRAM也同样使用3D堆叠制程,这样的策略被重新采用的机率很高。也就是说,以既有的高层数3D NAND带头,提携新进入的3D DRAM发展,新的综效再度启动。
所以3D DRAM问世之后,存儲器产业可能重新进入多家并存的战国时代。现存的领先存儲器厂家将面临更广、更全面的竞争。
如果3D DRAM成为存儲器运算(CIM)的主要存儲器和处理器机构之后,连带地,受到挑战的还有先进逻辑的制造厂商。
从地缘政治的考量来看,由于3D存儲器制程的出现,其制程的核心能力从微影转向蚀刻,成功地避开中国半导体设备的劣势—EUV。虽然美国的设备禁运项目不限于微影,但从结果来看,制裁的效果并不大,只是稍稍延迟发展。
存儲器次产业将成为中国在美国制裁之下在半导体产业的首个突破口。