【專題 | 「光刻機(jī)」光刻技術(shù)_ASML光刻機(jī)_國產(chǎn)光刻機(jī)_EUV光刻機(jī)】

　　2021年，全球存儲器市場先揚(yáng)后抑，前三個(gè)季度內(nèi)存價(jià)格一路攀升，第四季度卻轉(zhuǎn)為供過于求，價(jià)格開始下跌。2022年，隨著三大原廠對EUV的應(yīng)用將進(jìn)一步增加，DRAM的成本構(gòu)成逐步改變，NAND閃存也將進(jìn)入172層時(shí)代，存儲器的市場形態(tài)或?qū)⒄宫F(xiàn)出一些新的特征。

　　長短料效應(yīng)明顯，存儲器或?qū)⒐┻^于求

　　2021年，在5G商用以及新冠肺炎疫情所催生“宅經(jīng)濟(jì)”的影響下，市場對芯片的需求持續(xù)增長，缺芯成為制約諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一，直到年底長短料問題依然困擾著終端廠商。然而，存儲器的市場走勢卻與邏輯芯片并不一致。集邦咨詢資深研究副總經(jīng)理郭祚榮介紹，今年上半年，人們大多仍維持在家上班與上課，終端企業(yè)也因強(qiáng)勁需求而持續(xù)拉高庫存水位，讓前三季度DRAM內(nèi)存價(jià)格一路往上攀升。但第四季度需求下降，DRAM內(nèi)存產(chǎn)業(yè)也從供不應(yīng)求轉(zhuǎn)為供過于求，價(jià)格開始下跌。

　　NAND閃存市場存在類似情形。受益于數(shù)據(jù)中心、企業(yè)級固態(tài)硬盤市場需求的增長及智能手機(jī)廠商備貨旗艦新機(jī)的影響，第三季度NAND閃存營收再創(chuàng)新高，達(dá)到188.8億美元、季增15%。但值得注意的是，PC OEM訂單需求開始轉(zhuǎn)弱，這有可能成為NAND 閃存市場趨勢轉(zhuǎn)換的一個(gè)警訊。目前供應(yīng)鏈中長短料問題依然存在，而NANDFlash產(chǎn)品屬于供給相對充足的產(chǎn)品，數(shù)月以來的累積已使庫存水位增加。因此，分析機(jī)構(gòu)普遍預(yù)期未來一段時(shí)間，推動(dòng)市場與價(jià)格增長的動(dòng)能將會減弱。

　　有鑒于此，人們對2022年存儲器市場增長情況并不十分看好。集邦咨詢報(bào)告預(yù)測，2022年的DRAM供給位元增長率約18.6%，然而由于目前買方庫存水位已然偏高，加上2022年需求增長率僅17.1%，所以明年DRAM產(chǎn)業(yè)將由供不應(yīng)求轉(zhuǎn)至供過于求。不過，DRAM的市場壟斷呈度較高，整體產(chǎn)值并不會大幅下跌，預(yù)估2022年的DRAM總產(chǎn)值將達(dá)915.4億美元，年增長幅度將上升0.3%。至于NAND閃存由于2021年增幅已高，2022年的需求增長幅度將下降，NAND有可能進(jìn)入下一輪的跌價(jià)周期。

　　CFM閃存市場總經(jīng)理邰煒也表示，在“缺芯”大背景下，終端廠商加大了囤貨力度。在今年二季度，雖然市場的供不應(yīng)求態(tài)勢依舊持續(xù)，但是部分終端客戶因overbooking引發(fā)砍單。雖然服務(wù)器需求仍在，但迫切性已有所下降，PC及智能手機(jī)客戶砍單，存儲市場供需關(guān)系已經(jīng)由全面供不應(yīng)求轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性供需失衡。

　　采用EUV光刻，DRAM有望突破1x nm節(jié)點(diǎn)

　　DRAM內(nèi)存的制造需要用到非常精細(xì)的光刻工藝。從原理層面上看，存儲信息受到存儲電容、訪問晶體管、字線以及位線等的影響，工藝微縮是降低DRAM成本和芯片尺寸的關(guān)鍵。回看DRAM的發(fā)展歷程，歷經(jīng)了2008年的4xnm級別(49nm～40nm)、2010 年的3xnm級別(39nm～30nm)。自2016年以來，DRAM一直處于1xnm級別(19nm～10nm)。三星、SK海力士和美光三大存儲廠商在這一階段均推出多代工藝。

　　根據(jù)半導(dǎo)體專家莫大康的介紹，隨著工藝的微縮，制造廠商不得不使用多重圖形化與光刻方案加以應(yīng)對，這導(dǎo)致工藝步驟的增加與生產(chǎn)成本的上升，有效的解決方案是采用EUV光刻技術(shù)。半導(dǎo)體行業(yè)一直在準(zhǔn)備以EUV光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)10納米級規(guī)模的工藝。“使用 EUV，可以獲得更好的圖形保真。因?yàn)槿绻谀佣询B得越多，獲得的圖像就越模糊。”VLSI Research 首席執(zhí)行Dan Hutcheson亦表示。

　　目前，三大DRAM原廠均已先后進(jìn)入EUV DRAM市場。2020年三月，三星便推出業(yè)界首款基于EUV的10納米級DDR4 DRAM 模塊;今年10月三星宣布將使用EUV的層數(shù)增加至5層，進(jìn)一步減少了工藝步驟。今年7月，SK海力士采用EUV工藝量產(chǎn)第4代(1a級別)DDR DRAM。美光亦于日前表示在今年年底在研究設(shè)施中安裝EUV光刻設(shè)備，將把新設(shè)備應(yīng)用于量產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后再正式投入量產(chǎn)。美光在三大存儲器原廠中對采用EUV相對保守。2022年DRAM有望全面進(jìn)入EUV時(shí)代。

　　目前DRAM芯片仍處于1x nm級別。通常19 nm～16nm節(jié)點(diǎn)泛指1x節(jié)點(diǎn)，16 nm～14 nm 為1y，14 nm～12 nm是1z nm。再往下發(fā)展，美光提出過1α與 1β節(jié)點(diǎn)(SK海力士稱1a和1b)。但業(yè)界都認(rèn)為，DRAM 技術(shù)再往下微縮，難度非常大。EUV的全面引入或?qū)㈤_啟新的契機(jī)。同時(shí)，這也有望進(jìn)一步降低DRAM的單位成本，對2022年以后的內(nèi)存市場增添新的變數(shù)。

　　176層入場，3D NAND再堆“新高”

　　不同于DRAM至今仍糾結(jié)于2D平面的方寸之間，NAND閃存廠商已經(jīng)開啟在3D堆疊領(lǐng)域的“爭戰(zhàn)”。2022年，176層3D NAND或?qū)⒊蔀槭袌龈偁幍闹餍伞?/p>

　　早在2020年11月，美光就在業(yè)界率先宣布量產(chǎn)176層3DNAND。SK海力士也在不到1個(gè)月后發(fā)布176層512Gb TLC NAND Flash。三星將在平澤第三工廠(P3)安裝新的3D NAND產(chǎn)線，提高176層3D NAND產(chǎn)量，屆時(shí)三星每月投片量將達(dá)4萬~5萬片。鎧俠主力工藝目前為112層，預(yù)計(jì)2022年將投產(chǎn)162層。

　　專家表示，當(dāng)前各大原廠的主力工藝在96層和128層，176層的產(chǎn)能占比約為5%，2022年，這個(gè)比重預(yù)計(jì)將進(jìn)一步提升，預(yù)計(jì)到2022年底176層NAND的產(chǎn)出比重將超過25%。集邦咨詢表示，由于NAND Flash堆疊層數(shù)的技術(shù)推進(jìn)，未來供應(yīng)商仍將持續(xù)追求推進(jìn)更高層數(shù)，以降低每GB的生產(chǎn)成本。因此，預(yù)期該產(chǎn)業(yè)的資本支出仍有增長空間，供應(yīng)商同時(shí)開始研發(fā)2XX層產(chǎn)品技術(shù)。

　　終端市場加速導(dǎo)入，DDR5可望成為主流

　　隨著大數(shù)據(jù)云計(jì)算以及人工智能的快速發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心對于提升內(nèi)存帶寬的需求十分強(qiáng)烈，如此才可匹配快速增長的處理器內(nèi)核數(shù)量。這就使得DDR5內(nèi)存的應(yīng)用開始加速，有望在2022年成為市場的主流。Cadence IP集團(tuán)產(chǎn)品營銷副總裁 Rishi Chugh表示：“DDR5 的主要優(yōu)勢在于其密度，因此特別適合企業(yè)、云和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。”

　　2007年DRAM產(chǎn)業(yè)迎來DDR3時(shí)代，2012年正式步入DDR4。JEDEC規(guī)范組織雖然在2017年即已開始制定DDR5標(biāo)準(zhǔn)，但是最終規(guī)范2020年才全部完成。不過在標(biāo)準(zhǔn)制定的同時(shí)，內(nèi)存廠商也在致力于相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。2015年時(shí)，三星電子就已經(jīng)開始研究DDR4的下一代產(chǎn)品，并披露出部分技術(shù)細(xì)節(jié)和規(guī)劃。美光科技、SK海力士也不甘落后，紛紛加緊布局開發(fā)。2018年10月，Cadence展示了首款DDR5內(nèi)存驗(yàn)證模組，其中DRAM芯片來自美光科技，而接口層則采取自研，產(chǎn)品容量16GB，數(shù)據(jù)傳輸速率4.4Gbps。2020年，美光科技宣布開始向客戶出樣DDR5，產(chǎn)品基于1z納米工藝，性能相比DDR4提升了85%。

　　目前，DRAM廠商三星電子、SK海力士、美光科技等廠商都已提出DDR5/LP DDR5的產(chǎn)品規(guī)劃，并發(fā)布相應(yīng)產(chǎn)品。在經(jīng)過多年等待之后，DDR5時(shí)代的腳步終于臨近。有分析認(rèn)為，2020—2021年已有部分DDR5/LPDDR5產(chǎn)品被推出，2022—2023年DDR5/LPDDR5有望從高端市場向中端和消費(fèi)級市場拓展，屆時(shí)DDR5將超越DDR4成為市場的主流。

　　美光科技移動(dòng)產(chǎn)品事業(yè)部市場副總裁ChristopherMoore指出，5G網(wǎng)絡(luò)的部署將大大促進(jìn)LPDDR5的應(yīng)用與普及。5G網(wǎng)絡(luò)具有高速的特點(diǎn)，也會要求有LPDDR5這樣更高速和性能更好的內(nèi)存進(jìn)行配套，提升終端設(shè)備的運(yùn)行體驗(yàn)。服務(wù)器和汽車對DDR5的導(dǎo)入也將提速。

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