中国突破192层3D存储芯片技术 华为芯片危机能否迎来转机

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美国针对华为的芯片禁令已于9月15日缓冲期届满正式生效,而在此之前世界三大存储芯片生产商韩国三星电子、SK海力士及美国美光,就已经断供华为或宣布遵守美国禁令将断供华为。几乎与此同时,知情人士披露,中国政府投入巨资打造的存储芯片企业长江存储已经突破192层3D NAND存储工艺,并正式发布了基于具有自主知识产权的Xtacking架构的首款消费级固态硬盘产品,中国国产存储芯片计划初见成效。那么,长江存储能否拯救华为呢?中国开源证券研究员赵良毕在一次内部会议上道出了实情。

2018年,长江存储推出32层3D NAND存储芯片,至今已经突破192层3D NAND工业,128层3D NAND存储芯片即将量产。(《长江日报》微信公众号)

在这次内部会议上,赵良毕按照存储芯片生产工艺顺序,对长江存储第一期项目采购的2,000台设备的供应商及国产替代一一解析。

首先,在化学机械抛光(CMP)设备领域,长江存储目前主要使用美国应用材料(AMAT)的设备。中国企业华海清科可以替代,价格也较应用材料便宜50%,但稳定性稍差,不能应用于复杂工艺。

在化学抛光研磨设备领域,清洗设备长江存储目前主要采用美国泛林集团(LAM)的设备,部分采用北方华创、盛美、志成科技的国产设备,占比25%。目前,中国国产清洗设备相比进口设备便宜一半以上,足以覆盖中低端设备,但高端设备技术难度仍较大。清洗之后的三酸设备领域,美国应用材料与国产设备各占80%与20%。

在光刻机领域,90%来源于荷兰阿斯麦尔(AMSL),5%至8%来自日本佳能。需要指出的是,日本也曾是光刻机市场的重要参与者,佳能、尼康都曾拥有光刻机业务,后在技术竞争中败于集西方科技之大成的阿斯麦尔,但仍拥有光刻机生产能力。

在刻蚀设备领域,尽管中国国产设备已经打入台积电供应链,但美国泛林集团、应用材料仍占据七成左右的份额,剩下30%的设备采购自中国企业中微半导体、北方华创、屹唐半导体。在扩散和离子注入设备领域,离子注入设备80%至90%来自美国应用材料,一台设备价值就高达1,000万美元,目前中国相关产业尚处于初级阶段无法规模供货。扩散设备领域,日本东京电子(TEL)占70%至80%,剩下的来自北方华创。

在退火工艺领域,目前长江存储70%以上设备采购自应用材料,剩余采购自屹唐半导体。在化学气相沉积(CVD)环节,美国应用材料与泛林集团分别占60%、20%。其中,泛林集团的工艺中国国内目前没有替代产品,应用材料的工艺则有沈阳拓荆可以替代,其价格仅为应用材料的一半。在PVD镀膜设备领域,美国泛林集团、应用材料及北方华创分占70%、15%、15%。

中国国产半导体设备领军企业之一中微半导体工程师正在为一家位于江西南昌高新区的企业调试LED高端设备MOCVD。(视觉中国)

在检测设备领域美国依然占据绝对优势,美国科磊(KLA)垄断了长江存储厚度等指标检测设备,缺陷检测领域美国应用材料占主导地位,测电性能领域美国应用材料、科磊等占主导地位,线宽等检测设备也以美国公司为主。国产替代设备主要集中于测量膜厚仪器中,以瑞利光学、精测电子等为代表。

按照规划,长江存储将分三期进行每期10万/月的产能扩张计划,一期项目10万/月将于2021年年中完成,2021年底开始第二期设备采购。预计2020年11月,长江存储将开始64层工艺5万片/月产能爬坡。据赵良毕披露,在这5万片/月产能中,国产替代设备约在500台左右,约占一期项目采购总量2,000台的25%。

也就是说,来自国外的设备占据长江存储一期设备采购的75%,其中泛林集团、应用材料等美国公司占主导地位。即当前长江存储的主要生产设备严重依赖美国公司,按照美国最新的芯片禁令,长江存储同样处于美国“长臂管辖”之下,不具备不顾美国禁令向华为供货的条件。而长江存储并非孤例,背后是整个中国半导体产业对美国技术的依赖,长期以来中国半导体投资重生产轻设备、原材料的畸形发展也直到最近几年才有所改观,目前中国半导体产业仍需要“猥琐发育”。

当然,长江存储也带来了好消息,据赵良毕披露,长江存储192层3D NAND存储工艺已经研发成功,预计将于2021年6月左右实现量产。目前三星电子、SK海力士、美光、英特尔、西部数据等主流存储芯片厂商均已实现128层NAND存储芯片量产,终端产品预计将于2020年上市。长江存储192层工艺研发成功,并将于2021年6月量产,至少追赶上了世界NAND存储芯片主流水平。

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