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記憶體公司在DRAM與3D NAND之間的抉擇

  • 林育中

記憶體產業內的想法會牽動整個半導體產業,而DRAM與3D NAND的研發與生產綜效不再。資金有限,在兩者之間的投資怎麼分配?(圖片來源:Intel)

記憶體今年的銷售預測占半導體總銷售額29%,比邏輯產品的27%略勝一籌。雖說部份原因是今年的記憶體售價高漲,但中期趨勢來看記憶體占半導體總銷售額的比例還是會持續上漲,因而記憶體產業內的想法也牽動整個半導體產業。

DRAM現在的狀況進入摩爾定律斜率變緩的後段。從最領先的三星製程節點命名18nm(Pascal,1x)、17nm(Armstrong,1y)、16nm (Kevlar,1z)乃至於其後的1a、1b、1c和 1d就知道製程的進展已需要1nm、1nm的攻克,16nm之後甚至可能需要所費不貲的EUV。製程微縮的利益也從以前推進每個節點每位元成本可降低30%以上、到從25nm到20nm的15~20%、到以後可能是個位數的丁點改善。

雖然其它的手段可能一次性的增進其表現,譬如SK Hynix用Honeycomb來替代checkerboard的位元排列方式以提高位元密度,或者是HBM2(High Bandwidth Memory)介面規格用晶片堆疊的方式使其頻寬達到4096位元,但除非元件結構或製程有革命性的變化,基本上要增加DRAM的產量,就主要靠設備的投資,這是半導體產業從來沒有經歷過的窘迫情境。

NAND在20nm、48層之後就開始經歷2D和3D的成本倒置,現在3D占NAND總供應量的比例急遽提升中。後果是3D NAND的製程研發和設備配置與DRAM從此分道揚鑣。

NAND的產能提升還有些類似摩爾定律的空間,首先是堆疊的層數還可以往上提升,但是製程中所需的垂直孔洞長寬比(aspect ratio)終將限製堆疊的層數。接著製程的節點和孔洞的大小還有一些空間微縮,但孔洞微縮也會影響長寬比。另外當然也還有一些一次性的改進方法,譬如Micron將電晶體置於儲存位元之下,所得的晶粒尺寸就艷冠群芳。

總的來說,3D NAND短期內還有保持類摩爾定律步伐的空間,產能的增加可以依靠小部份設備的添購以及製程的研發並進,特別是3D NAND 的製程節點目前並沒有超越以前2D NAND,一部份的設備可以在折舊殆盡後持續使用,使得晶粒成本進一步降低,這也是為什麼有些研究報告的晶粒成本欄位有without depreciation欄位的原因。

現在主要的記憶體公司大都是有DRAM與3D NAND兩種生意的。DRAM與3D NAND的研發與生產綜效不再。資金有限,在兩者之間的投資怎麼分配?很多報告說記憶體公司對DRAM生產設備的投資態勢保守,要是我也會做相同的抉擇。

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。