国产光刻机攻克, 长江存储转向国产半导体设备, 存储芯片快速替代

科技铭程2024-09-24 19:36:49  67

9月20日,彭博社援引半导体专业分析机构TechInsights的报道称,美国于2022年10月限制先进半导体设备对华出口,并于2022年底将长江存储列入实体清单,2024年,长江存储成功进行了国产半导体设备的替代,并开始稳步发展。

根据报道,长江存储已经开始转向国内半导体设备供应商,包括专注蚀刻设备的中微公司,专注沉积设备的拓荆科技,以及同时从事沉积和蚀刻设备的北方华创等。

我们都知道长江存储是国产存储芯片的“希望之光”,其成立于2016年7月26日,总部位于湖北武汉成立,是一家集设计、制造、封装为一体的IDM类型的存储芯片企业。

成立之初,就拿出了2000亿资金,在南京建造存储芯片基地,产能达到了10万片/月。

2017年11月,研发出国内第一款32层 3D NADA Flash 芯片,工艺水平世界第五;

2019年底,实现64层 3D NADA Flash 量产,工艺水平世界第四;

2020年4月,实现128层闪存的商用,比美光、海力士同规格产品具有更高的存储密度和I/O传输速度,工艺水平杀入世界三强。

2022年8月,全球首发232层3D NAND芯片,工艺水平实现全球领先,一度超越了存储三巨头(三星、SK海力士、美光)

但是紧接着,美商务部就制定政策限制向中国企业出口半导体设备,并于2022年底将长江存储列入“实体清单”。

2023年,美向日、荷施压,形成所谓的“芯片联盟”,日本、荷兰先后于2023年6月、9月颁布半导体设备出口限制政策。

尽管双方均表示不针对任何国家和地区,但是明眼人一看就知道是怎么回事。

失去了海外半导体设备后,长江存储发展受到了限制,先进工艺研发停止了脚步,部分新投生产线因为设备短缺被迫暂停。

长江存储董事长陈南翔气愤的表示:依法合规买回来的设备连零件也拿不到,如果要公平、诚信,就应该在新的条件下把设备回购。

与此同时,存储芯片市场也发生了翻天覆地的变化。

2022年、2023年因为电子产品市场不景气、存储芯片库存较高、中国存储芯片企业的崛起等,导致整个存储芯片市场价格暴跌,

曾经卖到2000元的1TB固态硬盘,价格骤降了90%,只需要200—400元就可以买到,DDR4,过去16GB要500元,现在只要100多,降价80%。

存储三巨头(三星、SK海力士、美光,三家公司把控了全球超过90%的存储芯片)亏损的连亲妈都不认得了。

2023年,存储三巨头合计亏损额达到了1640亿元,其中三星亏损800亿人民币,SK海力士亏损415亿,美光亏损425亿。

但是,随着库存的清理,以及中国存储芯片产能的下降,三星率先开启涨价。

2023年9月,三星电子计划将面向智能手机制造商的DRAM和NAND闪存价格上调10%—20%,10月三星再次上调NAND Flash芯片价格。

2024年6月,三星宣布进一步提高旗下的存储芯片价格,包括DRAM和NAND闪存在第三季度提价15%-20%,理由是人工智能的需求激增。

此时,存储芯片从2023年的最低点普涨了50%,部分产品甚至反弹了近一倍。受此影响,三星电子净利润大幅增长,2024年一季度营业利润350亿人民币,同比暴增9.3倍,二季度551亿元,同比暴增14.6倍。

而中国进口存储芯片却要多支付3600亿元,根据海关统计信息,我国每年进口存储芯片超过1000亿美元,巅峰时期达到了1300多亿美元,近万亿人民币。

我们按照1000亿美元的平均值计算,价格提升50%,我们就要多花费500亿美元,折合人民币3600亿元。

只要中国没有,海外企业就可以堂而皇之的涨价,这是他们的一贯作风。盾构机、光刻机、手机芯片、存储芯片都是如此。

所以,无论是从自身的发展出发,还是从国家的长远布局,长江存储都要咬牙挺过来。

而挺过来的关键就是进行半导体设备的替代,将生产线上的欧美设备,替换成国产设备,让生产线重新跑起来,这并不是一件容易事。

因为从2016—2021年连续5年的招投标来看,长江存储生产线上的国产设备比例仅为15.7%、美国设备占比43.44%、日本设备占比29.52%。

荷兰设备尽管占比为2.77%,却是最关键的光刻机。

长江存储对进口设备依赖程度太高了,128层、232层关键工艺都是依靠海外设备完成的,国产设备能够实现替代的并不多。

从几大核心设备来看:

荷兰光刻机:荷兰ASML,可实现7nm、5nm工艺;国产光刻机:28nm、14nm(牺牲良品率情况下)。

美国刻蚀机:泛林集团(低温电解质技术,可实现1000层NAND);国产蚀刻机:中微公司5nm水平,覆盖128层NAND工艺。

日本CVD、PVD(化学气相沉积、物理气相沉积):日本东京电子;国产平替:拓荆科技、北方华创、盛美上海,替代率达到了13%。

美国离子注入机:应用材料市占率 66%,包括大束流、中束流、超高剂量的离子注入,7nm以下;国产替代中科信,28nm工艺,中、大、高能束流离子注入。

目前国产半导体设备的状况是,核心设备都有,但是在精密程度方面差距明显,并且良莠不齐。从“木桶理论”看,最大的短板制约着国产芯片的发展。

刻蚀机实现了5nm工艺,但离子注入仅为28nm,设备全部放在生产线上,那么国产芯片就只能达到28nm工艺。

在NAND Flash芯片领域也是如此,因为缺少先进设备,彭博社报道,长江存储在使用国产半导体设备生产的3D NAND芯片比早期版本少了70层,减少的原因就是使用国产设备导致了制造过程中缺陷增多、良率降低。

长江存储回应称,正在不断提高产品性能,其最新设备中层数的变化与任何特定设备的产量无关。

随着国产设备大规模的应用,设备厂商不仅能更快的发现缺陷和差距,同时也会大幅增加研发费用,从而促进国产半导体设备的更新换代。

可以肯定,未来国产设备制造的3D NAND的缺陷数量会大幅减少,良品率也会快速提升,长江存储也必然会增加3D NAND的层数。

中国的存储芯片也会重新走上“国产替代”的快车道。

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