DRAM產業苦盡甘來 手持式裝置扮演推手之一

作者: 葉同成
2004 年 10 月 01 日

DRAM這個產業,景氣好時業者是賣一顆賺一顆,但是景氣反轉時,業者個個是臉色慘白。眼前DRAM價格,經過2年半的流血式殺戮戰後,終於盼到春天來臨,然而這一波的價格復興能夠延續到何時,除生產線的佈局、製程技術的突破外,類似像多媒體手機這種殺手級應用的出現,將能帶領DRAM市場衝破瓶頸,再創新一波需求高峰。
 

根據iSuppli在2004年2月所公布的DRAM產業報告,2003年全球前十大DRAM業者排名及市佔率依序分別為三星電子(Samsung)的 28.6%、美光(Micron)的19.1%、英飛凌(Infineon)的16.3%、海力士(Hynix)的14.7%、南亞科的4.6%、爾必達 (Elpida)的4.3%、茂德的4.2%、力晶的2.7%、華邦的1.9%以及沖電氣(Oki)的0.8%(表1)。
 

群雄鼎足而立 舉動備受關注
 

其中前4大業者合計市佔率就高達78.7%,也因為這種幾近於寡佔的產業結構,使得前四大DRAM業者的一舉一動,都牽動著DRAM市場的恐怖平衡(表2)。
 

首先來看市佔率第一名的三星電子現況及生產線佈局,2003年三星電子的整體DRAM顆粒產出較2002年成長31%達8.29億顆(約當256MB),但DRAM營收卻較2002年的49.85億美元小幅減少1%達為49.46億美元,之所以有此現象發生,除了DRAM價格仍舊處於弱勢的原因外,另一個原因就是三星電子將大部份新增的產能用於生產利潤較高的NAND Flash,而DRAM的顆粒產出增加幾乎都來自於製程微縮,連帶影響到DRAM產出量減少,以致於DRAM營收也跟著縮水。
 

此外,2003年三星電子在各地區DRAM市佔率分別為美國的34.5%、歐洲的34.7%、日本的22%、中國大陸的20.5%以及其他亞洲地區的 22.3%,除了中國大陸外,幾乎可以說是囊括所有地區第一名的寶座,不過到底是誰有此能力將三星電子打落至第二名?答案就是同胞兄弟的海力士,海力士不僅是爬升至第一的位置,甚至領先第二名的三星電子超過17.2個百分點,因此三星電子要如何在2004年從海力士手中搶回失去的中國大陸市佔率首位寶座,成為全面獨霸的盟主,值得我們深入觀察。
 

結束連續虧損 美光將否極泰來?
 

接下來就是市佔率排名第二的美光,2003年美光來自於DRAM的營收為33.06億美元,較2002年的27.91億美元成長18%,不過仍是虧損,主要原因是因為製程導入不順,以致於良率無法快速提升,加上12吋廠遲遲無法加入量產的行列。不過美光2003年DRAM顆粒的產出仍較2002年成長 53%,達到6.73億顆(約當256MB),DRAM平均售價為4.91美元。
 

而2003年美光在各地區市佔率分別為美國的27%,歐洲的23.2%,日本的14.3%,中國大陸的16.9%以及其他亞洲地區的10.8%,相較於三星電子,美光DRAM銷售比較集中在美國本土以及歐洲兩地區,其他地區則是普普通通,不過在海力士接連受到美國商務部44.71%及歐盟34.9%懲罰性關稅後,美光是否可以趁勢吃下擴大市佔率成為重要關鍵,因為若是由三星電子或是英飛凌吃下,恐怕美光的第二名位子將會不保。
 

其次,由於產品線太過於集中在DRAM上面,導致美光虧損連連,不過按照美光所規劃的時程來看,2004年底,將會撥出約十分之一的產能來生產NAND Flash以及CMOS Image Sensor,未來是否可以擺脫單一產品危機化的窘境,可能還需要觀察。
 

多方策略合作 英飛凌將登上高峰?
 

再來就是選擇多方策略聯盟擴大競爭力的英飛凌,2003年英飛凌來自於DRAM的營收為28.11億美元,較2002年的19.66億美元大幅成長 43%,且DRAM顆粒的產出量也較2002年有高達93%的成長,達到5.45億顆,然而英飛凌會有如此驚人的成長,除了本身的12吋廠順利量產為其中一個原因外,另外的原因就是英飛凌藉由技術移轉的方式,與南亞科、華邦及中芯合作,換取這些業者一定比例的產能回銷,也將所損失的茂德產能傷害減至最低。
 

而2003年英飛凌在各地區市佔率分別為美國的19.4%、歐洲的20.6%、日本的8%、中國大陸的16%以及其他亞洲地區的13.2%,從以上的數據可以看出英飛凌在日本及亞洲地區顯得較為弱勢,因此如何在未來這些日子補強這些地方的經營,甚至於是將海力士遭受美國與歐洲懲罰性關稅所遺留下來的市場吃下,將會是英飛凌能否更上一層樓的關鍵。
 

現階段英飛凌產能來源有2,首先是技術移轉所獲取的回銷產能,其次就是來自於自家的晶圓廠,分別是位於德國Dresden的1座8吋廠(Dresden 200)及1座12吋廠(Infineon SC300)與美國Richmond的8吋廠(Richmond 200),合計月產能為10.5萬片(約當8吋晶圓),目前55%的產能是採用0.11微米。
 

當然英飛凌不會因此滿足,在12吋廠的佈局還有在美國Richmond的12吋廠(Richmond 200)及與南亞科合資的華亞半導體,兩座12吋廠合計未來月產能最大可以貢獻13.75萬片。
 

絕處逢生後 海力士將脫胎換骨
 

接著就是被大家俗稱九命怪貓的海力士,海力士2003年來自於DRAM的營收為25.48億美元,相較於2002年的19.62億美元,成長30%,而 DRAM顆粒的產出量也由2002年的3.23億顆(約當256MB)成長57%,達到5.08億顆。2003年海力士在各地區市佔率分別為美國的 8.1%、歐洲的11.3%、日本的21.9%、中國大陸的38.7%以及其他亞洲地區的13.6%。
 

而2004年海力士所需要面對的重大難題,第一就是如何突破美國、歐盟及日本懲罰性制裁火網,因為以增加美國奧勒岡州廠產能等對策因應,只能治標不能治根,畢竟一座晶圓廠所能增加的產能有限。第二就是相較於其他競爭業者,海力士就是缺乏12吋廠的利器在手上,導致DRAM生產成本相較於其他具備12吋廠的業者差上一截,雖然海力士近期打算將編號M5的8吋廠升級成為12吋廠,但是改良後的12吋廠將面對許多問題,如廠房空間等,將會限制這座改良後的12 吋廠產能。
 

雖然海力士規劃藉由技術移轉方式獲得茂德第二座12吋廠一半產能回銷,不過這些新產能最快也要到2005年第三季末才會開出,因此短期內對於海力士的產能也是沒有任何挹注。由於海力士已經將佔營收約18~20%的非記體事業部出售給花旗集團旗下的創投資產部門,因此海力士目前可以算是百分之百的記憶體公司,雖然還有跟意法半導體(STMicroelectronics)合作生產的NAND Flash,但是NAND Flash與DRAM的生產比例為1:9,所以除非NAND Flash的生產比例逐步擴大,不然未來面對變化快速的DRAM市場及價格,將毫無閃躲餘地。
 

華亞半導體產能挹注 南亞科將搶攻市佔率10%
 

南亞科2003年DRAM顆粒的產出為1.95億顆(約當256MB),較2002年成長42%,不過卻因為受限於DRAM價格下滑以及沒有12吋廠產能的緣故,使得2003年的營收較2002年的8.44億美元衰退6%,達7.95億美元。其次南亞科在各地區市佔率分別為美國的4.5%,歐洲的 4.9%,日本的4.1%,中國大陸的4%以及其他亞洲地區的4.9%,雖然比起前四大DRAM業者還有一段距離,但是相較大部分台灣業者在歐洲、美國等地市佔率掛零,南亞科的成績值得大家肯定。
 

現階段南亞科用來生產DRAM的晶圓廠只有2座8吋廠,且都位於桃園林口,合計月產能為6.5萬片(約當8吋晶圓),預估年底前將有40~50%的產能是採用0.11微米。而南亞科期待已久的新武器:華亞半導體,其進度上可以說是完全超過當初所預定的時程,目前規劃是2004年10月就可以完成2.4萬片投片量,較原先預估的提早2個月,按照南亞科與英飛凌的協議,預估今年底就可以為南亞科增加2.7萬片(約當8吋晶圓)的新產能。
 

擴大資本支出建新廠 爾必達放手一搏
 

接下來是日本碩果僅存的DRAM廠:爾必達2003年來自於DRAM的營收為7.51億美元,相較於2002年的6.15億美元,成長22%,而DRAM 顆粒的產出量也由2002年的0.91億顆(約當256MB)成長43%,達到1.31億顆。2003年爾必達在各地區市佔率分別為美國的3.9%,歐洲的2.2%,日本的15.7%,中國大陸的0.4%以及其他亞洲地區的3.8%。
 

也因為爾必達被視為日本DRAM的最後一道牆,因此有輸不得的壓力存在,迫使爾必達要背水一戰,宣布預計要在3年內投資5,000億日圓(約合45.6億美元)在廣島廠附近興建全球最大產能的DRAM廠,月產量最高可達6萬片,未來新廠將採用90奈米製程,量產1GB的高階DRAM。現階段爾必達的產能來源有二,一是技轉伙伴台灣力晶按比例回銷的產能,其次就是位於日本廣島的8吋廠(A2)及12吋廠(Fab1),合計產能為8.9萬片(約當8吋晶圓)。
 

不過值得觀察的是,爾必達要透過發行新股、公司債及銀行融資等方式,在2005年春季前先行籌措建廠資金約1,000億日圓,秋季起開始量產,之後將分階段籌措資金,提高產能,是否真能如計畫般順利,其次因為看好3G手機和高畫質數位電視將帶動高階DRAM市場需求,這座6萬片的新廠都會用來生產高階 DRAM,難道其他廠商不會搶進嗎?若是到時候市場沒有想像般大,新廠產能是否又要轉回做標準型DRAM?後續仍值得觀察。
 

琵琶別抱海力士 茂德意圖再展雄風
 

再來是與英飛凌合作關係破裂後,風波不斷的茂德。2003年來自於DRAM的營收為7.28億美元,較2002年大幅成長141%,而DRAM顆粒產出為 1.97億顆(約當256MB),也較2002成長212%,然而會造成茂德的營收跟顆粒產出都有如此驚人演出,是因為茂德將原先每個月固定要回銷給英飛凌的部分拿回來自己銷售,所以才產生這種結果。
 

2003年茂德在各地區市佔率分別為美國的0.5%,歐洲的0.3%,日本的0.4%,中國大陸的1.5%以及其他亞洲地區的12.2%,現階段茂德生產 DRAM的晶圓廠共有2座,為8吋廠(1A)及12吋廠(1B),兩者都是位於新竹,合計月產能為9.3萬片(約當8吋晶圓),目前有30%的產能是採用 0.12微米。而位於中科的第二座12吋廠,已於今年4月動土,預計2005年第三季移入設備,規劃滿載產能為5萬片,不過這5萬片將會有一半的產能要回銷給技轉的海力士。此外茂德計畫到大陸成立晶圓代工廠,若一切順利將會順勢把原本的8吋廠設備移往大陸,而空出的空間將會移入12吋廠設備。
 

資金、技術來源不愁 力晶加速建廠搶商機
 

相較於茂德的風波不斷、南亞科的12吋廠延遲誕生及華邦的退出,2003年的力晶反而因為跟日系的爾必達關係良好,從在眾人不看好的情形下爬升到最受矚目的舞台上。力晶2003年來自於DRAM的營收為4.66億美元,較2002年成長79%,而DRAM顆粒產出也較2002年成長112%,達到1.29 億顆(約當256MB),之所以會有如此亮麗的演出,是因為力晶12吋廠產能大幅開出所致。
 

2003年力晶在各地區市佔率除了其他亞洲地區有8.6%外,美國、歐洲、日本及中國大陸都是掛零,仔細探討其原因是因為力晶的產品除了銷售給爾必達及模組商外,幾乎都是賣到現貨市場,很少有合約客戶,再加上力晶以往並沒有自有品牌,所以才會造成這種現象。
 

原本力晶用來生產DRAM的晶圓廠有1座8吋廠(8A)跟1座12吋廠(12A),但因為8吋廠目前已經有70%以上的產能在做代工,因此真正用來生產 DRAM的晶圓廠目前只剩下1座12吋廠,產能為6.3萬片(約當8吋晶圓)。其他產能佈局為第二座12吋廠(12B)將在2005年4月移入設備,最快將於2006年第一季達到產能滿載4萬片的規模,而第三座12吋廠(12C)最快將在2005年第三季動工。
 

退出DRAM市場 華邦未來能否一切順利?
 

隨著技術母廠東芝(Toshiba)退出DRAM市場,華邦一度失去技術來源,雖然後來找到英飛凌的技術奧援,但華邦還是決定逐步退出DRAM市場,轉型生產Flash及利基型DRAM。2003年華邦來自於DRAM的營收為3.21億美元,較2002年衰退33%,DRAM顆粒的產出較2002年成長 4%,達0.84億顆(約當256MB)。
 

2003年華邦在各地區市佔率分別為美國的0.3%,日本的0.6%,中國大陸的0.7%以及其他亞洲地區的5.2%,而歐洲則是為零,現階段華邦生產 DRAM的晶圓廠共有1座,為位於新竹的8吋廠(Fab5),月產能只有不到5,000片的規模,目前有10%的產能是採用0.11微米。
 

此外,令業界質疑的地方是華邦在中科興建的12吋廠是否真能如願只生產特殊記憶體如1T Pseudo SRAM與快閃記憶體(Flash),而不生產標準型DRAM,因為這座12吋廠滿載產能為10.8萬片(約當8吋晶圓),只生產特殊記憶體真能填飽產能嗎?若是回頭生產標準型DRAM,是否又會重蹈以往DRAM景氣波動過大導致虧損的狀況出現(表3、4)?
 

溝槽式與堆疊式製程 皆有難關要過
 

談完各家業者現況,就必須要談一下2004年初的DRAM缺貨事件,然而之所以會造成這事件發生,是因為各家DRAM大廠0.11微米製程推進沒有想像中的順利所造成的,因為從0.11微米製程之後,不論是DRAM業者的生產技術,乃至於研發設計所遇到的困難都較以往製程演進要複雜許多,不管是溝槽式 (Trench)以及堆疊式(Stack)任一種製程皆是如此。
 

現階段DRAM的製程主要是分為溝槽式以及堆疊式兩種,溝槽式製程是採晶圓表面向下挖溝擴大表面積方式,擴大電容量,這種製程的優點是單片晶圓裸晶數可以較堆疊式多出約10%左右,不過缺點是牽涉高階製程的物性限制高,比較容易影響到良率,國際大廠目前只有英飛凌採用。
 

而堆疊式則是完全相反,採用往上堆疊的方式增加表面積以提高電容量,這種製程的優點是在電容量擴充性佳,且高階製程物性限制比較容易克服,缺點就是較不利於系統單晶片開發,不過這種製程卻是目前的主流,使用的國際大廠則包括三星電子、美光、海力士、爾必達。
 

目前溝槽式所遭遇的困難度,第一就是蝕刻技術,就一片生產512MB DRAM的12吋晶圓為例,假設以90奈米的製程進行生產,不僅要蝕刻超過4.6億多個寬度90奈米、深度卻只有7~8微米的小孔,而且還必須確保這些小孔的孔壁是垂直,如此的製程要求,幾乎可以說這種蝕刻技術是一種高難度的挑戰。
 

第二,因為現階段溝槽式陣營的成員較少,以致於設備商大部分都轉向生產堆疊式製程用的設備,所以目前可以提供12吋晶圓設備的只剩下TEL一家業者。第三則是在製造過程中,電容可能會不夠,因此必須要再放入高K介電材料,但問題來了,介電材料要怎麼放置?若是放了,要如何能夠確保它不會在後段的高溫製程中產生變質?
 

但是堆疊式陣營的業者也不要高興太早,因為堆疊式所遭遇的製程難處也沒有比溝槽式好到那邊,第一是介電材料的係數,採用Ta2O5新材料,就必須要面對 Ta2O5不耐高溫的問題,造成前後製程皆須避開高溫製程才行,若是採用Al2O3新材料,則有可能在製程過程中產生交互污染。
 

第二就是電容完成平坦化後,金屬導線要如何才能夠準確地部署連接到最底層電晶體?第三則是介電層厚度,當工程師改以電容高築方式保持電容值,就會讓電容高度增高,但如此一來第一層金屬與電晶體的導線就會變成深且窄,造成蝕刻不易,因此如何降低介電層厚度為其中一個難題。
 

手持式裝置市場成長 可望再創DRAM新未來
 

這一波的DRAM黃金時期能夠延續到何時,有兩個觀察重點,第一就是各家DRAM業者產能開出的狀況,第二則是最重要的就是DRAM的市場需求,因為單靠成長性接近停滯的個人電腦,而沒有其他新興需求,恐怕就算有再多的產能開出也只是白費功夫。然而有哪些市場應用可以帶動DRAM的需求呢?
 

一般而言,由於應用性不盡相同,因此電子產品所搭載的記憶體容量有相當大的落差,如伺服器是對記憶體需求最高,2003年每台伺服器約搭載 2,500~3,367MB,這個數字遠大於工作站及桌上型個人電腦的需求,而個人電腦的搭載量也因為主機售價不同而有所差別,如每台售價低於600美元的低階桌上型個人電腦,平均搭載量為216.3MB,而售價在600~800美元的中階桌上型個人電腦,平均搭載量為249.6MB,至於筆記型電腦則是平均搭載294MB。
 

而繪圖卡市場,雖然曾經因為英特爾等晶片大廠推出整合型晶片而逐漸侵蝕到低階繪圖卡的市場,導致市場需求縮小,但是隨著遊戲軟體廠商所推出的精美3D遊戲,消費者必須要採購更高階繪圖卡才能夠盡情享樂,讓遊戲畫面流暢進行,因為能夠快速處理資料及存放3D圖形的記憶體仍是不可小看的市場,根據IDC研究資料,2001年的DDR的繪圖卡使用量為270.95萬顆(約當256MB),但是到了2007年,竟然成長6.4倍,達到2,011.3顆。
 

再來就是成長率十分驚人的手持式裝置市場,如手機、PDA等,PDA市場雖然遭遇到智慧型手機的侵蝕,而使得成長率縮小,但畢竟還是有其利基點存在,也因此PDA所需要的DRAM仍有一定規模,根據IDC研究資料,2003年PDA的需求量為1,179.5萬顆(約當256MB)。
 

至於手機用的DRAM,則因為經歷過銷售量大幅成長的黃金時期,導致目前手機的成長率和個人電腦一樣,逐漸地呈現穩定的走勢,但是因為手機業者不斷推陳出新,推出具有VA遊戲、MP3、FM、照相、錄影及彩色螢幕等新功能的機種,造成手機用記憶體需求量將會有驚人成長。根據IDC研究資料,2001年手機的需求量不到100萬顆(約當256MB),但是到了2004年將大幅成長34倍,達到3,500萬顆(表5)。
 

(作者目前任職於某研究單位)
 

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