中國會在存儲器領域取得成功嗎？| 半導體行業觀察

來源：本文由微信公眾號 半導體行業觀察（ID：icbank）翻譯自semiengineering，謝謝。

中國正指望用DRAM和NAND減少貿易赤字。

今年，中國新起步的存儲器製造商預計將達到一個重要的里程碑，並將進入初始量產階段，儘管它們已經遇到了各種障礙。

中國國內存儲器玩家正在關注兩個市場，3D NAND和DRAM。在這兩個市場中，本地廠商或是技術落後，或是在努力開發這些產品，亦或兩者兼而有之。最近有一家供應商因涉嫌盜竊商業機密被起訴，這再度引發對中國缺乏知識產權保護的擔憂。

然而，中國正在全力推進存儲器產業，以及IC設計，邏輯工藝製造和封裝。憑藉數十億美元的資金支持，中國希望發展國內半導體產業，因為中國目前從外國供應商進口了絕大部分晶元。這造成了巨大的貿易逆差。

在邏輯工藝製造上，中國多年來在貿易逆差方面取得了微小的進展。中國最近宣布了幾個重大項目以縮小這一差距。其中包括：

• 清華紫光最近宣布了3個大型存儲器項目，耗資840億美元。目標是建造九座晶圓廠，但目前只有一座正在建設中。它專註於3D NAND，目前已試產32層NAND，64層NAND技術正在研發中。
• 另外兩家中國公司福建晉華集成電路有限公司和睿力集成電路有限公司（Innotron）也將分別在新的300mm晶圓廠增加22nm的DRAM。

目前尚不清楚中國能否在市場上站穩腳跟。本地供應商擁有一些IP，但基本上都是從零開始。為了推動該領域的發展，中國曾試圖收購跨國存儲器製造商或組建聯盟。但由於國家安全和IP問題，大多數國家對此猶豫不決。

因此，中國必須獨立研發大部分技術。但在競爭激烈的存儲器市場，中國很難追趕上英特爾、美光、三星、SK海力士、東芝和Western Digital等跨國公司。

這不禁讓人質疑中國的存儲器製造商能否在長期內取得成功。一些分析師持悲觀態度，稱中國廠商缺乏核心競爭力技術，另一些人則對中國在存儲器領域的發展相對樂觀。

市場研究機構International Business Strategies的首席執行官Handel Jones表示：「我們對NAND的態度比DRAM更為樂觀，但這需要一些時間。中國有能力獲得NAND市場的份額，但這仍然需要領先的技術。對於一家新的DRAM公司而言，進入市場並獲得技術是非常艱難的。」

據多位消息人士透露，中國距離開發64層3D NAND器件大約需要6到9個月的時間，這一技術可以讓中國名揚世界。消息人士稱，大規模量產仍需一到兩年，因此中國能否製造出可靠的器件還有待觀察。

有些人對市場有不同的看法。Semico Research公司的製造部總經理Joanne Itow在最近的博客中表示：「Semico認為，三家中國存儲器公司都取得成功概率較低，但其中某一家公司取得成功則很有可能。」

Semico稱，預計到2021年，中國國內存儲器供應商的產能將從現在的幾乎為零增加到超過300,000wpm（wafer/每月）。雖然這聽起來可能讓人印象深刻，但據Semico稱，到那時這隻佔全球存儲器容量的不到10%。

雄心勃勃的計劃

多年來，中國推出了多項促進國內IC產業發展的舉措。儘管由於種種原因，每個計劃都沒有達到最初的預期，但它已經取得了一些進展。一方面，中國在IC產工業現代化方面起步較晚。其次，多年來，美國和其他國家對中國實施了嚴格的出口管制條例，阻止跨國設備供應商將最新的設備運進中國。不過，最近許多國家對中國的出口管制放鬆了。

儘管如此，中國仍陷入了一種麻煩的失衡——當中國成為全球第一的電子產品製造基地時，只能生產所需晶元中的極少一部分。

據IC Insights稱，2012年，中國的晶元消費為820億美元，佔全球的32%。但是，2012年中國的晶元產值為88億美元，僅佔全球半導體產量的10.8%。也就是說，中國大約90%的晶元來自於進口。

為了扭轉這一趨勢，中國政府於2014年公布了一項新計劃，稱為《國家集成電路產業發展推進綱要》。該計劃旨在加速中國在14nm finFET、高級封裝和存儲器方面的發展。

中國還撥出了193億美元的資金，用於投資國內的IC公司。地方政府和私募也承諾將為中國的IC產業投資1000億美元。

然後，2015年，中國發起了另一項名為「中國製造2025」的計劃。據IC Insights稱，在該計劃中，中國希望將其國內集成電路產量從2015年的不足20%提高到2020年的40%，到2025年達到70%。

中國的努力取得了喜憂參半的結果。一些新的晶圓廠已經出現，但中國仍然需要進口大量晶元。

據IC Insights稱，2017年，中國的晶元消費為1380億美元，佔世界的38%。而2017年中國的晶元產量達到了185億美元，相當於全球產量的13.3%。IC Insights總裁Bill McClean表示：「這是讓中國政府瘋狂的數字。他們關注這個指標，並表示這個數字需要更大。」

因此，根據McClean的說法，儘管中國仍在繼續推進其雄心勃勃的計劃，但是中國可能在2020年和2025年無法實現晶元自給自足的目標。

據SEMI分析師Dan Tracy和Clark Tseng稱，中國目前正在建設19座新的晶圓廠，其中10座是300mm晶圓廠。這些數字包括國內和跨國晶元製造商。

目前尚不清楚這些晶圓廠項目是否會順利進行，因為局勢仍在動態變化。無論如何，設備供應商正準備開始在中國大舉投資，開發用於晶圓廠的設備。

應用材料公司的營銷和業務發展副總裁Arthur Sherman表示：「我們預計，2018年晶圓廠設備在中國的投資將比2017年增加約20億美元，從目前的情況來看，我們認為，未來幾年的投資將會逐步增長。」

存儲器之路

中國國內的集成電路代工廠商如今充滿活力，為本國和跨國客戶生產大量的晶元。台積電和聯電在中國也有晶圓廠，GlobalFoundries的晶圓廠也在建造中。

中國的存儲器業務被劃分為兩個類別——跨國公司和國內企業。2006年，SK海力士是最早在中國建立DRAM晶圓廠的跨國公司之一。英特爾和三星在中國生產3D NAND。但如今，這些晶圓廠的總產量僅佔中國總需求的一小部分。

中國對於國外存儲器的供貨依賴造成了一些供應鏈問題。去年，DRAM價格飆升，給智能手機OEM（包括那些在中國的OEM）帶來了成本壓力。據研究公司TrendForce稱，中國政府最近進行了干預，要求三星在2018年第一季度抑制DRAM價格的快速上漲。

不過，這樣治標不治本，這也是為什麼中國正試圖讓國內的存儲器產業走出困境。KLA-Tencor公司的全球客戶組織執行副總裁Brian Trafas表示：「中國半導體市場需求和中國政府重點發展半導體行業的戰略，推動了中國新興本土企業的快速增長。」

毫無疑問，中國的存儲器廠商面臨著幾個挑戰。Trafas表示，「新興國內廠商需要專註於研發進展，吸引和發展關鍵人才，成功增加新晶圓廠的數量。在中國，一些獨特的挑戰是，在地域上分散的客戶群和經驗豐富人才的短缺。」

中國在存儲器領域最引人注目的工作始於2006年，那一年，武漢新芯集成電路製造有限公司（XMC）成立了。總部位於武漢的XMC是一家NOR flash代工廠。此外，作為與Spansion合作的一部分，XMC一直在開發3D NAND，Spansion目前是賽普拉斯的一部分。

2016年，清華紫光收購了XMC的大部分股份。然後，XMC變更到了一個名為長江儲存技術（YRST）的新組織中。

清華紫光和它的存儲器部門YRST最近在中國宣布了三個主要的存儲器項目。以下是最新的動向：

o2016年12月，YRST在中國中部的湖北省省會武漢公布了一項耗資240億美元的3D NAND存儲器項目。YRST希望建造三座晶圓廠，每座晶圓廠產能為100,000 wpm。

2017年2月，清華紫光宣布在中國東部的江蘇省省會南京市投資一項300億美元的存儲器項目。目標是先製作DRAM，隨後是3D NAND。

2018年1月，清華紫光宣布在中國西南部的四川省省會成都開始另一項3D NAND項目。目標是在未來10年內建設三座晶圓廠，總投資超過300億美元。

據報道，清華紫光最近中國重慶投資創辦了一家公司。不過，目前還不清楚該公司是否會投資存儲器。

在存儲器方面，清華紫光的南京晶圓廠在2017年末破土動工，但此後幾乎沒有消息。在成都，該公司尚未公布晶圓廠的日程表。

中國的巨大期許都寄托在YRST在武漢的發展。一段時間以來，YRST一直在XMC的晶圓廠中開發3D NAND。去年，YRST在武漢的一家新工廠破土動工，鄰近XMC。據IC Insights稱，這座晶圓廠幾乎已經竣工，計划到2018年中期產能達到5,000 wpm。不過，給YRST公司高管發送的詢問電子郵件尚未得到回復。

無論如何，YRST都將面臨著一條陡峭的學習曲線，因為製造3D NAND要比之前想像的要困難得多。甚至跨國供應商也在3D NAND上苦苦掙扎，因為這項技術要求晶圓廠擁有一些新的、困難的製造步驟。

NAND flash本身用於固態存儲驅動器和智能手機。直到最近，planar NAND還是主流技術。planar NAND仍然可行，但它已經達到了當前1xnm節點的物理極限。

3D NAND是planar NAND的後繼技術。與2D結構的planar NAND不同，3D NAND類似於摩天大樓，其水平層被堆疊，然後使用微小的垂直通道連接。

3D NAND由多層組成。三星最新的3D NAND是一款64層、3bit-per-cell 的器件。因此，該器件有64層彼此堆疊在一起，實現256Gb的產品。bit密度隨著層數的增加而增加。

YRST正在對32層3D NAND進行樣品設計，但論price-per-bit（單位比特價格），32層或48層器件不再有競爭力。因此，YRST的目標是加速64層技術的研發。64層的產品在武漢新工廠生產，但這條生產線可以從32層晶元開始。消息人士說，由於良率問題，64層技術還沒有準備就緒。

對於中國而言，64層器件至關重要。64層的3D NAND器件具有價格競爭力，並且在一段時間內仍將是最佳選擇。IBS的Jones表示：「64層技術將是3D NAND的一個長期技術節點，這和邏輯晶元的28nm是一樣的。」

在中國，遷移到下一代96層的3D NAND技術並不非常緊迫。此時，cost-per-bit的成本效益並不非常引人注目。Jones 表示：「到96層時，成本降低可能是10%到15%。到128層時，可能還有5%。」

儘管如此，正在開發64層器件的跨國供應商也在開發96層的3D NAND器件。可以肯定的是，跨國公司擁有推進3D NAND的專門技術。

YRST擁有一些專門技術和IP，但它面臨從32層遷移到64層的一些挑戰。Jones 表示：「64層技術非常困難，但我們認為他們會掌握這項技術。」

3D NAND很困難，因為它依賴於各種新的沉積和蝕刻步驟。供應商可以在公開市場上購買設備，但3D NAND的開發需要專門技術。Jones 表示：「從Applied 和Lam那裡得到的工具非常好，但是你仍然需要調試這些設備來開發器件結構。」

例如，在3D NAND流程中，使用沉積將交替膜堆疊在基板上。這個過程重複了好幾次。但是，隨著更多的層被添加，我們的挑戰是，將層均勻地堆疊在一起並且沒有缺陷。

在接下來的步驟中，等離子蝕刻機將微小的圓形孔洞或通道從器件頂部蝕刻到底部基板上。每個通道必須是均勻的。否則，可能會出現關鍵尺寸變化。

這裡還包括其他一些步驟，但關鍵問題是產量。KLA-Tencor公司的Trafas表示：「由於產量是這些中國半導體公司成功的關鍵因素，因此過程式控制制在中國得到了極大的重視。」

DRAM成功有望

同時，中國也想成為一個DRAM競爭者，但這是一個成熟的競爭市場。在高端市場，三星正在研發18nm的DRAM。

不過，作為起點，中國的DRAM製造商正在開發22nm器件。IC Insights公司的McClean表示：「這項技術不會接近行業前沿。它有市場，但很小。」

中國可以在DRAM上獲得一些助推。政府可以強制要求中國的OEM必須在其系統中採用一定比例的國產DRAM。但McClean表示：「如果你讓中國的電子系統生產商使用不具備競爭力的存儲技術，那麼就會讓它們在市場中處於不利地位。」

中國的Innotron公司迎難而上，正準備推出首款產品——22nm移動DRAM。Innotron位於中國東部的安徽省省會合肥市，是由兆易創新和合肥市政府組建的合資企業。

據IC Insights稱，Innotron將在2018年第一季度將設備移動到一座新的300mm晶圓廠。總投資將達到72億美元，總產能為125,000 wpm。

許多人期待著Innotron能夠從兆易創新那裡獲得一些技術，兆易創新是一家flash存儲器無晶圓供應商。一段時間之前，兆易創新宣布收購專業DRAM製造商芯成半導體有限公司（ISSI）的計劃，ISSI由中國的一個投資財團Uphill Investment所擁有。

但據兆易創新的一位發言人說，兆易創新和ISSI的交易終止了。這轉而引發了Innotron從哪裡獲得技術的問題。兆易創新的發言人拒絕就Innotron的進展發表評論。

與此同時，在2016年，福建晉華集成電路有限公司（JHICC）在中國南部的福建省晉江市的一座300mm晶圓廠破土動工，耗資56.5億美元。JHICC的投資者包括包括福建電子信息公司和晉江能源投資公司。

第三季度，JHICC計劃投產22nm專業DRAM。它從與聯電的授權/研發聯盟中獲得技術。而聯電不參與JHICC的運營。

不過，JHICC遇到了一些法律問題。據起訴書說，去年12月，美光公司對JHICC和聯電提起了訴訟，指控其竊取了美光的技術。然後，在1月份，聯電向美光提出了反訴，聲稱美光侵犯了聯電的專利。目前，訴訟仍在進行中。

IP問題只是其中一個挑戰。在一個艱難的市場中，中國的存儲器製造商也面臨著激烈的競爭。IC Insights公司的McClean表示：「我認為這可能和中國在代工行業的做法差不多，他們有10%的市場份額。或許中國將獲得10%的存儲器市場，我不認為會是零。但我認為三星、美光和海力士短期內不會損失大量的市場份額。」

原文鏈接：https://semiengineering.com/will-china-succeed-in-memory/

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