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国产DRAM年底将量产,但前路依旧漫漫!

发布时间:2019-09-11 22:40:04
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  本月初,紫光集团旗下长江存储正式宣布,其 64 层堆栈 3D NAND 闪存已开始量产。虽然国产 3D NAND 已经取得了突破了,但是在 DRAM 内存芯片领域,国内依然是一片空白。原本被寄予厚望的福建晋华,由于遭遇美国“禁令”,已长期处于停摆状态。受此影响,硕果仅存的合肥长鑫存储不得不小心翼翼,放慢节奏,强化合规,稳扎稳打。根据最新的消息显示,目前合肥长鑫的 DRAM 研发进展顺利,已经提前进行机台安装,有望在今年年底顺利量产国产 DRAM 内存。另外,紫光集团在 3D NAND 领域取得突破之后,也开始进军 DRAM 领域,力求在 2021 年量产。

  长鑫存储:有望年底量产 DDR4 内存

  2017 年 9 月,国家大基金宣布入股国产存储芯片厂商兆易创新,取得约 11% 股权,成为了其第二大股东。随后,兆易创新宣布与合肥市产业投资控股集团签署合作协议,研发 19 纳米制程的 12 吋晶圆 DRAM,预算为人民币 180 亿元,兆易创新出资 20%。目标是研发 19nm 工艺的 DRAM 内存,预计在 2018 年 12 月 31 日前研发成功,即实现产品良率(测试电性良好的芯片占整个晶圆的比例)不低于 10%。而该项目依托的就是合肥睿力集成,由长鑫集成控股,而长鑫集成则是长鑫存储的母公司。

  相对于兆易创新来说,成立于 2016 年的长鑫存储还只是一家初创公司。但是,长鑫存储并不是从 0 开始,而是站在巨人的肩膀上前行。

  在 5 月 15 日的 GSA Memory+ 论坛上,长鑫存储的董事长兼 CEO 朱一明先生首次对外公开表示,长鑫存储的 DRAM 技术主要来自于已破产的德系 DRAM 厂商奇梦达。

  朱一明也强调长鑫存储通过与奇梦达的合作,将一千多万份有关 DRAM 的技术文件及 2.8TB 数据收归囊中,这也是公司最初的技术来源之一。长鑫存储在所接收技术和国际合作的基础上,利用专用研发线,展开世界速度的快速迭代研发,已持续投入晶圆超过 15000 片。建立了严谨合规的研发体系并结合当前先进设备完成了大幅度的工艺改进,开发出独有的技术体系,拉近了与世界先进水平的技术差距。

  长鑫存储的 DRAM 项目总投资超过 72 亿美元(495 亿人民币),项目建设三期工程,一期建设的是 12 英寸晶圆厂,建成后月产能为 12.5 万片晶圆。

  据朱一明介绍,长鑫存储花了 14 个月的时间就完成了晶圆厂建设,一共花费 25 亿美金用在研发和资本支出。

  另外去年福建晋华由于与美光的专利纠纷,最终导致晋华被禁运,彻底停摆。而这也对长鑫存储造成了一定的影响。因此,长鑫存储也格外的低调,格外的重视研发的合规和 IP 策略。朱一明当时表示,长鑫存储已经拥有 16000 项专利申请。

  资料显示,目前长鑫存储开发的是 19nm 工艺的 DRAM 内存芯片,去年底已经推出了 8Gb DDR4 内存样品,今年三季度推出 8Gb LPDDR4 内存样品,根据最新的消息显示,目前合肥长鑫的 DRAM 研发进展顺利,已经提前进行机台安装,有望在今年年底顺利量产国产 DRAM 内存,月产能将达到 2 万片晶圆,后续会不断提升到 12.5 万片晶圆/月的目标产能。

  虽然长鑫存储的 19nm 8Gb DDR4 内存与美光、三星等公司的先进的第三代 10nm 工艺内存还有一两代的代差,但是量产推向市场还是可以的,因为市面上很多内存条也就是这个规格,用于制备单条 8GB、16GB 的内存条也没有问题。可以说,这个起点还是非常高的,但后续的良率、产能提升才是关键。另外还需要加快缩小与美光、三星等 DRAM 厂商的技术差距。

  根据长鑫存储去年透露 DRAM 项目规划就显示,长鑫存储计划在 2018 年底量产 8Gb DDR4 工程样品;2019 年 3 季度量产 8Gb LPDDR4;2019 年底实现产能 2 万片/月;2020 年开始规划二厂建设;2021 年完成 17 纳米技术研发。

  从目前来看,长鑫存储基本是按照既定的计划在走。

  紫光集团:2021 年量产 DRAM

  早在今年 6 月 30 日晚间,紫光集团发布公告称,决定组建紫光集团 DRAM 事业群,全力加速发展国产内存。随后,在今年 8 月底,紫光集团又跟重庆市政府签署投资协议,宣布在重庆建设 DRAM 事业群总部及内存芯片工厂,预计今年底动工,2021 年正式量产内存。

  据知情人透露,紫光集团早在 2015 年即开始布局 DRAM,延揽高启全加入紫光集团就是布局的开始,在高启全加入紫光集团的同时,紫光国微(原名同方国芯)收购了任奇伟团队所创办的公司(现在的西安紫光国芯),任奇伟团队的前身是奇梦达公司的西安研发中心,任奇伟团队一直从事 DRAM 的研发工作,目前团队人数约 500 人,从紫光国微的年报披露情况看,该团队的 DRAM 产品销售收入每年约在5~6 亿人民币之间,其产品自行设计,在境外代工。2015 年,紫光集团还试图通过收购美光进入 DRAM 和 3D NAND 领域,但收购美光受到美国政府的阻击,未能如愿以偿。

  不过,目前全球的存储芯片三巨头,三星、海力士、美光,都是既做 DRAM 又做 3D NAND。据知情人透露,紫光集团在收购美光遇阻后,原计划通过自行研发先进入 DRAM 领域,然后再进入 3D NAND,但在国家集成电路产业基金的协调下,紫光和湖北省、武汉市合作,与国家集成电路产业基金一起,在武汉新芯的基础上,组建了长江存储,制定了先三维闪存,后 DRAM 的战略,同时布局 DRAM 的研发,积蓄 DRAM 的工艺人才。

  据知情人透露,紫光集团借助长江存储和武汉新芯的平台,聚集了大量的 3D NAND 和 DRAM 的工艺研发人员,工艺研发人员人数近 2000 人。目前长江存储和武汉新芯的员工人数近 6000 人。

需要指出的是,紫光自主研发内存可能需要 3 到 5 年时间,这意味着即便 2021 年厂房建好了,内存生产也只可能是小批量的,大规模的量产可能要等 2022 年了。

  技术来源都是奇梦达?未来发展或受限

  从前面的介绍来看,长鑫存储和紫光集团的 DRAM 技术来源似乎主要都是奇梦达。

  而奇梦达的 DRAM 技术主要以沟槽式 DRAM 技术为主,而当前美光、三星等 DRAM 大厂都采用的是堆栈式技术。

  在 DRAM 的制造中以电容定义的方法区分,主要分为堆栈式(Stack)和深沟槽式(Trench)电容器两大类型。沟槽式 DRAM 的电容在栅极下方,堆栈式 DRAM 的电容器则在栅极上方,是这两种 DRAM 最大的差异。

  在沟槽式 DRAM 的制造中,必须先在基板蚀刻出沟槽,然后在沟槽中沉积出介电层,以形成电容器,然后在电容器上方再制造出栅极,构成完整的 DRAM Cell。这种工艺最大的技术挑战有二,一是随着线宽越来越细,沟槽的宽深比跟着增加,如何蚀刻出这种沟槽,是相当大的技术挑战。其次,在进行沉积工艺时,由于沟槽的开口越来越细,要在沟槽里面沉积足够的介电材料,形成容值够高的电容器,也越来越难。相较之下,堆栈式 DRAM 则没有上述问题,因此随着工艺节点越往前推进,沟槽式 DRAM 的采用者越来越少。

  当然,这并不是说长鑫存储、紫光集团的技术来源于奇梦达,就一定会完全沿着奇梦达的老路来走。但是,目前堆栈式 DRAM 技术已经相当成熟,要想绕开美光、三星的专利围堵,显然是非常的困难。

  此前,另外一家国产 DRAM 厂商——福建晋华选择的就是堆栈式 DRAM 路线,而其 DRAM 技术来源则是与台湾联电的合作。整体晋华项目的第 1 期,总计将投入 53 亿美元,并将于 2018 年第 3 季正式投产,届时导入 32 纳米制程的 12 寸晶圆月产能,预计达到 6 万片的规模。公司目标最终推出 20 纳米产品,规划到 2025 年四期建成月产能 24 万片。

  但是,台湾联电的 DRAM 技术来源是否是完全自研呢?

  2017 年 9 月,美光在台湾控告联电,指控从美光跳槽到联电的员工窃取 DRAM 商业秘密,涉嫌将美光 DRAM 技术泄漏给联电,帮助联电开发 32nm DRAM。随后战火开始蔓延至福建晋华。

  2017 年 12 月,美光科技在美国加州提起民事诉讼,控告联电及福建晋华侵害其 DRAM 的商业机密。值得注意的是,2017 年 2 月,联电资深副总经理陈正坤出任晋华集成总经理,而其正是前美光高层。

  随后,福建晋华在国内起诉美光自有品牌 Crucial 英睿达 MX300 2.5-inch SSD 525GB 固态硬盘以及 Crucial DDR4 2133 8G 笔记本内存条等十余款自有品牌产品涉嫌侵害晋华专利。

  虽然美光与晋华的在中国的专利纠纷仍在诉中,不过 2018 年 7 月 3 日,中国福州中级人民法院发布针对美光半导体(西安)及(上海)的诉中禁令,禁止美光在中国销售 26 个 DRAM 与 FLASH 产品,包含相关的固态硬盘 SSD 与记忆卡产品。

  随后,美国当地时间 2018 年 10 月 29 日,美国商务部宣布出于维护国家安全的考量,将晋华列入出口管制实体清单。很快,美系的供应商开始撤出晋华及中断对于晋华的支持。10 月 31 日,联电也宣布暂停为福建晋华提供研发协助。至此,福建晋华正式陷入停摆。

  从福建晋华的教训当中,我们不难看出,美光等 DRAM 大厂是不可能坐视其他新的竞争对手成长壮大起来的。如果选择与其相同或相近的 DRAM 技术路线,则有可能被其所拥有的 DRAM 专利布局所封堵,因此另辟蹊径选择走“奇梦达”之前走的沟槽式 DRAM 技术路线确实是一个相对安全的路径。

  但是,正如前面所说的,沟槽式 DRAM 技术路线有着其自身的“缺陷”,在现有工艺下去做可能不会有问题,但是随着 DRAM 制程工艺往 10nm、5nm、3nm......更先进的制程工艺走下去的时候,沟槽式 DRAM 技术将会遇到更大的问题。所以,如何在避开美光、三星等国外 DRAM 大厂的专利围堵的情况下,寻找到一条可持续走下去的技术路线成为了国产 DRAM 破局的关键。

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