据digitimes今日报道,东芝近期惊传日本晶圆厂紧急停工数周,损失近10万片的NAND Flash产能。中央社则报道称,市场传出东芝近期因转换新制程导致部分晶圆报废,恐将使得第4季储存型闪存(NAND Flash)缺货情况更加严重。

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台媒《电脑设备》表示,东芝的合作伙伴群联指出,有关东芝近期因转换新制程导致部分晶圆报废一事,群联早已掌握所有状况,亦已备好充裕库存,足以因应长期合作客户需求,也早已准备好启动紧急备货机制,所以此事对群联的营运将不造成影响。

群联指出,东芝晶圆供应更为吃紧已发生一段时间。东芝是群联的重要奥援,双方合作关系紧密,在市场供不应求的情形下群联一般能获得相对多的货源支持。

事实上,上周业内已有此传闻。

10月13日,CINNO报道称,根据CINNO Research从内存供应链业者所掌握到的最新消息,九月底发生东芝与西数在四日市市的NAND Flash合资厂因晶圆制造流程出现瑕疵以至于出现大批量晶圆报废的现象。

据CINNO估计,受冲击的产线大部分集中在最新的3D-NAND Flash以及少部份的15nm 2D-NAND产能,影响两间公司合计约8-9万片的12吋产能,因此预期10月以及11月的产能供给将出现短缺的现象,12月后的情况将视复工运作的情况以及3D-NAND Flash良率的进展而定。

不过,集邦咨询TrendForce旗下半导体研究中心DRAMeXchange上周在进一步调查后表示,东芝确实在产线上遭遇到一些问题,并致使整体产出的可用良率下降,但影响程度并不如外界所传严重,工厂产线亦未停摆。

今日,国际电子商情记者询问中国闪存市场网相关人士,他表示从获得的信息来看这个事件对市场没有大的影响。

据了解,东芝一间工厂的月产能约为10万片,如若真的损失近10万片晶圆,相当于损失的是其一间工厂一个月的产能。

目前东芝对此事没有做出任何表态。

对于停工的具体原因,目前尚未有确切说法,根据多家媒体报道,更多的说法倾向于晶圆制造流程出现问题。

此前就有媒体报道,2017年在非三星阵营3D-NAND制程转换不顺的影响下,3D-NAND产出占NANDFlash整体产业比重约50%。

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从NANDFlash的供给面来看,因为NAND制程从2D转进3D不如预期,导致2017年非三星阵营的新增产能没有百分之百完善利用,再加上转换期间所带来的产能损失,让2017年市场呈现整体供不应求的状态。

从各厂制程进度来看,三星64层3D NAND自今年第三季已经开始进入量产阶段且今年第四季3D产能比重将突破50%,明年将提升到60-70%水平。

SK海力士今年第四季3D NAND产能占比约为总产能的20-30%水平,以48层3D NAND为主,但明年将会专注于扩充72层3D-NAND产能,3D NAND产能比重在2018年第四季也会来到40-50%。

东芝/西数阵营今年上半年主流制程为48层3D NAND,预期今年第四季3D-NAND的占比将会占东芝/西数阵营整体产能约30%水平,2018年第四季目标突破50%。

据供应链透露,近期NAND Flash市场其实原本已有供货稍微纾解的现象,如今再传出原厂生产变量,外界担忧市场供需将再度趋紧,第4季可能又是缺货的情况,价格涨势难以和缓。

据中国闪存市场ChinaFlashMarket报价,NAND Flash每GB的价格从2016年的0.12美金一路上涨至0.3美金,主流的eMMC价格上涨60%以上。目前,3D NAND产能虽然在逐渐增加,但仍不能完全解决缺货问题,预计部分市场供货紧张将持续到年底。

CINNO Research副总经理杨文得此前认为,虽然第四季各项NAND Flash相关合约价格多在此一突发事件前谈妥,对于短线各大智能型手机OEM的价格波动影响不大,然而最大的隐忧在于日前苹果调升了对于iPhone8 Plus的需求,再加上iPhone X需求蓄势待发,购机需求将从今年第四季延伸至明年第一季。在苹果迫切巩固货源的强势手段下,供货商势必得以满足苹果供应为优先指导方针,因此供货排挤的效应势预计也将从11月开始发酵,对于目前供货吃紧的渠道市场将更为严峻。

在综合考虑3D NAND Flash良率提升速度以及此一突发事件的影响,CINNO认为从今年初以来供不应求的NAND Flash市况有很大的机率将延伸至明年第一季。

2018年3D NAND产出占比将突破70%大关

2013年三星发售全球首款3D NAND设备,在IC(集成电路)业界达到了一个里程碑。

3D NAND技术与现有的2D NAND(纳米制程技术)截然不同,2D NAND是平面化的结构,而3D V-NAND是立体结构。3D NAND的立体结构是使用3D存储单元阵列来提高现有工艺制程下的单元密度和数据容量,以垂直半导体通道的方式排列,多层环绕式栅极(GAA)结构形成多电栅级存储器单元晶体管,可以有效降低堆栈间的干扰,使用3D NAND技术应用将不仅使产品性能至少提升20%,而且功耗可以降低40%以上。

此外,3D NAND的好处自然就是能够比现在的闪存提供功能大的存储空间,存储密度可以达到现有闪存的三倍以上,3D技术若采用32层堆叠NAND Flash Die容量达128Gb,与主流2D 1y/1znm 128Gb相比缺乏成本竞争力。采用48层堆叠则可将NAND Flash Die容量提升至256Gb,突破2D NAND 128Gb容量,且较32层3D NAND更有成本和性能优势,这也是驱使Flash原厂在2016年扩大48层量产或加快导入步伐的主要原因,使得2D技术向3D 技术切换点恰好拥有最佳的成本效益,同时结合这样的技术应用在未来甚至可以做出10TB以上的2.5寸SSD固态硬盘。

另外还有一个重要特性,就是每单位容量成本将会比现有技术更低,而且因为无需再通过升级制程工艺、缩小cell单元以增加容量密度,可靠性和性能会更好,因为3D NAND是不再追求缩小Cell单元,而是通过3D堆叠技术封装更多Cell单元,并且还可以使用技术已经相当成熟的旧有工艺来生产3D NAND芯片,而使用旧工艺的好处正是P/E擦写次数大幅提升,而且电荷干扰的情况也因为使用旧工艺而大幅减少。

三星电子是最早宣布采用垂直堆叠3D V-NAND制程的制造商。2013年8月,三星宣布以现有厂房量产3D V-NAND,制程35nm,可以堆叠24层,容量可达128Gb V-NAND,到2015年24nm 3D 36层容量将达到1Tb。2016年开始将3D NAND应用延伸到嵌入式产品UFS 2.0中。

美光、SK海力士等也均宣布将在2016年推出基于3D NAND的SSD,英特尔更是研发先进的3D Xpoint技术,在2016年推出搭载3D Xpoint NAND的Optane系列SSD新品。

东芝在2016年春季开始量产48层3D NAND,紧接着7月15日在它的三重县四日市的半导体二厂中举行启动仪式,今年2月,东芝宣布推出新一代基于64层3D NAND技术的basicBiCS FLASH 3D闪存。

东芝在3D NAND闪存方面的决心很大,计划2017年它的3D NAND占它的NAND出货量的50%,至2018财年增加到占80%。

2018年随着SK海力士、东芝/西数、美光/英特尔阵营的3D-NAND比重都将提升的情况下,2018年3D-NAND的产出占比将突破70%大关。

3DNAND制造关键工艺

3DNAND制造中的关键工艺如下图所示:

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3D NAND的制造工艺十分复杂,以下把关键部分列出:

• High aspect ratio trenches 高深宽比的沟开挖

• No doping on source or drain 在源与漏中不掺杂

• Perfectly parallel walls 完全平行的侧壁

• Tens of stairsteps 众多级的楼梯(台阶)

• Uniform layer across wafer 在整个硅片面上均匀的淀积层

• Single-Litho stairstep 一步光刻楼梯成形

• Hard mask etching 硬掩模付蚀

• Processing inside of hole 通孔工艺

• Deposition on hole sides 孔内壁淀积工艺

• Polysilicon channels 多晶硅沟道

• Charge trap storage 电荷俘获型存储

• Etch through varying materials 各种不同材料的付蚀

• Deposition of tens of layers 淀积众多层材料

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