Блог компании МТС. Автор: @divolko3. На днях стало известно, что японская компания Tokyo Electron смогла разработать современный метод выпуска чипов 3D NAND. В них используется пространственная компоновка с вертикальными соединениями между слоями в отдельных микросхемах. Соответственно, достижение японцев даёт возможность увеличить количество слоев памяти до 400.

В чём особенность технологии Tokyo Electron?

По словам экспертов, компания смогла разработать собственный метод травления отверстий, который позволяет формировать вертикальные межсоединения в чипах памяти 3D NAND. Стоит напомнить, что Tokyo Electron не является поставщиком самих чипов, она предоставляет оборудование партнёрам.

Лидер отрасли уже долгое время — американская Lam Research, так что японцы вполне могут потеснить конкурентов, давая клиентам возможность увеличить производительность производственных линий по выпуску чипов. Разработчики утверждают, что новый метод травления отверстий позволяет повысить объёмы выпуска микросхем примерно в 2,5 раза по сравнению с существующими технологиями.

Кроме того, японцы создали производственный цикл, который не так вреден для окружающей среды, как разработки конкурентов. Это для многих компаний тоже важно. Стоит отметить, что травление отверстий в чипах NAND-памяти — активно развивающаяся ниша, так что у японцев есть возможность стать одним из лидеров среди поставщиков оборудования.

Аналитики утверждают, что к 2027 году ёмкость отрасли увеличится в 4 раза — вплоть до $2 млрд. Сейчас показатель составляет около $500.

Дела у Tokyo Electron идут неплохо — например, в прошлом году она смогла поставить оборудования на сумму почти в $4 млрд. Это примерно четвёртая часть выручки. Руководство рассчитывает на то, что компании удастся удвоить финансовые показатели, поскольку общая ёмкость рынка травления в полупроводниковой отрасли составляет около $20 млрд.

Конечно, японцы не сразу и не вдруг пришли к успеху — они стали работать над созданием нового метода 5 лет назад, увеличив расходы на исследования и разработки примерно на 77%. Благодаря хорошему руководству и пониманию цели всё удалось, задача выполнена. И на этом Tokyo Electron останавливаться не собирается, планируя вложить около $1,34 млрд в новые исследования, при том что прибыль в 2024 году будет несколько меньше, чем в 2023-м.

Среди прочих достижений Tokyo Electron — использование ИИ в разработке новых материалов и проектировании. Благодаря различным усовершенствованиям процесса травильная машина нового поколения может производить травление глубиной 10 мкм с высоким соотношением сторон всего за 33 минуты. Это втрое быстрее, чем у любой из систем конкурентов. Разработка стала не только серьёзным техническим усовершенствованием, но и значительно повышает пропускную способность оборудования по выпуску памяти 3D NAND, что может изменить сроки производства и качество вывода устройств 3D NAND.

Первые модули 400-слойной памяти 3D NAND появятся через 2–3 года. Сначала оборудование будет поставлено партнёрам японцев, там нужно будет его развернуть, и только потом стартует производство новых чипов.

Не только Япония

Над технологией 3D NAND работает и SK hynix. Компания изучает возможность производства памяти более чем с 400 слоями. Сейчас Hynix тестирует технологию, отправляя пластины в лабораторию Tokyo Electron в Японии.

Весной прошлого года эта компания представила идею производства флеш-памяти 3D NAND с более чем 300 слоями. Разработчики решили повысить пропускную способность чипов со 164 Мбайт/с до 194 Мбайт/с. Так, команда компании сумела одновременно увеличить плотность записи и производительность. В новой 3D NAND увеличилось число слоёв, что логично, а также сократился шаг между ними.

На данный момент 300-слойные чипы NAND — последнее достижение. Каждый слой памяти состоит из трёхбитовых (TLC) ячеек и имеет ёмкость 1 Тбит. За счёт увеличения числа слоёв плотность размещения ячеек вырастет с 11,55 Гбит/мм2 у 238-слойной памяти до более чем 20 Гбит/мм2.

Китайцы, кстати, тоже делают успехи. В 2023 году, осенью, YMTC выпустила самую ёмкую на тот момент в мире флеш-память (готовую для применения). Речь идёт о 232-слойной QLC 3D NAND. Рекорд здесь не в количестве слоёв — аналогичного показателя в чипе удалось добиться сразу нескольким компаниям. Речь идёт о возможности хранить 4, а не 3 бита информации в одной ячейке. Соответственно, выросла и плотность записи модулей, она достигла 19,8 Гбит на квадратный миллиметр.

Кроме того, в этой же отрасли работают и Micron, Solidigm, Samsung. Последняя тоже продвинулась достаточно далеко и вскоре, вероятно, сможет представить собственную современную технологию. Южнокорейская корпорация не стала фокусироваться на 232-слойных чипах и занялась разработкой более продвинутых микросхем — от 300 слоёв и выше.