2019年存储器市场将出现恶化，半导体设备市场何去何从？

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经过一段时间的创纪录增长后，除了仍需要解决的若干技术挑战外，半导体设备行业在2019年面临经济放缓。
一般来说，设备行业在2017年看到了巨大的需求，并且势头延伸到2018年的上半年。但随后内存市场在今年年中开始恶化，导致DRAM和NAND供应商推迟了他们的设备订单。
内存下滑预计将持续到2019年，这将影响DRAM和NAND领域的设备制造商。然后，在地缘政治方面，美国和中国之间的贸易问题令人担忧，尽管长期影响尚不清楚。
从积极的方面来看，代工厂商继续推进7nm工艺，推动逻辑领域的设备订单。另外，该行业的前景也很好，业界继续看到对成熟200毫米设备的需求。
然而，对前沿和成熟工具的需求无法弥补内存的下滑，这可能会使设备行业处于负面区域。根据VLSI Research的数据，预计2018年全球半导体设备行业将增长13.7％，但预计2019年该业务将放缓并下降8.6％。
当然，预测可能会在一夜之间发生变化，而且市场并非一片黯淡。逻辑芯片的工具设备部分在2019年将会更好。但在内存下滑的情况下，DRAM和NAND的工具/设备领域将陷入困境。
例如，预计一些代工厂将推出7nm的极紫外（EUV）光刻技术，此举可能会推动ASML EUV扫描设备的订单增长。检测和量测设备也会出现亮点。
“看一下设备方面，EUV显然会是积极的。在经济低迷期间另一个表现更好的将是工艺控制。如果代工厂和逻辑芯片厂商维持其支出，那么与内存相比，他们在工艺控制方面就很重要，“VLSI研究公司总裁Risto Puhakka说。“从消极方面来看，你可能会看到刻蚀和一些沉积设备严重依赖于存储器。这可能会出现更大的下滑。“
为了帮助行业在2019年走在前列，半导体工程部门已经开始研究几个设备领域，包括晶圆代工厂、内存、中国和200毫米。
更多数字
一年之内就会发生很多变化。此前，根据VLSI Research的数据，半导体市场存储器的需求会非常巨大，预计2018年将增长15.5％。然后现在该公司称，目前的内存放缓预计将拖累行业，导致IC市场在2019年下跌1.6％。
设备行业也遵循类似的模式。2018年开始看起来像是设备行业的另一个创纪录的一年，但内存下滑放缓了这一势头。
“设备市场将在2018年增长约14％，略低于我们在今年早些时候的预测。但是，这仍然是一个美好的一年，“VLSI Research的分析师Andrea Lati说。“但我们确实看到2018年下半年出现了加速，这是我们预期的。如果你看一下2017年的支出是多少，我们就知道供应能够赶上需求并超过需求。这种情况在今年下半年发生了。“
那时，市场未能重新获得动力。“我们在2018年下半年看到的这种下行压力将会延续到2019年。我们对2019年的看法更为悲观。我们预计2019年半导体和设备市场都将下滑，”拉蒂说。“部分原因是我们的行业存在一些过度建设。第二部分真的是宏观现象。行业正在放缓，中美贸易也增加了不确定性。“
使问题更加复杂的是存储器衰退。“我们预计2019年内存销售将下降近10％。我们确实也看到逻辑芯片部分可能呈现积极的信号，并且增长近4％。因此，2019年市场低迷主要还是由存储器引起的，“拉蒂说。
毋庸置疑，这将影响设备行业。在另一份不同的预测中，SEMI 表示 2018年全球新半导体设备的销售额将增长9.7％至621亿美元，但2019年市场将下降4％。据SEMI称，2019年，韩国仍将是最大的设备市场，其次是中国大陆和中国台湾。


图1：新的半导体制造设备的全球销售额。资料来源：SEMI
其他两个指标，即半导体资本支出和晶圆厂设备（WFE）市场也出现了类似趋势。
“（For）WFE资本支出，2018年日历是由对内存的强劲需求驱动的，” TEL总裁兼首席执行官Toshiki Kawai 在最近的一次演讲中表示。“预计同比增长率约为5％-10％。”
根据KeyBanc Capital Markets的数据，2019年，WFE将达到506亿美元，比2018年下降5％。根据KeyBanc的数据，2019年的资本支出将达到872亿美元，比2018年下降5％。
“对于存储器，我们现在看到的是一个明确的减速。在渡过令人难以置信的一年之后，我看到19年的资本支出减少了”。KLA-Tencor的高级副总裁兼首席营销官Oreste Donzella表示，“NAND将在19年略有下降。我们相信代工厂方面会出现增长，但问题是代工厂能增加多少。“
从应用角度来看，它也是错综复杂的。智能手机市场持平，但还有其他应用将推动IC需求，如汽车，AI人工智能和无线。
AI涉及机器学习的技术。简单来说，机器学习在系统中使用神经网络。在神经网络中，系统处理数据并识别模式。它匹配某些模式并了解哪些属性很重要。
业界正在加速在各种系统中使用机器学习，从而推动对ASIC，FPGA，GPU和存储器的需求。
“在人工智能和深度学习的时代，存储器的需求正在增加，” 应用材料公司存储器技术总经理Gill Lee说。“所有这些新应用程序，对数据的需求都在增长，例如人工智能，深度学习和数据中心。因此，数据存储的应用正在变得更加多样化。“
其他人也看到类似的趋势。D2S首席执行官Aki Fujimura表示，“半导体公司的启动资金已经恢复，现有公司内部的新计划也有类似增长。”
“对物联网中的深度学习、自动驾驶和持续创新的兴奋，正在孵化出新的设计初创公司，”Fujimura说。“尽管加密货币的降温，但我仍然看到Nvidia在模拟自然效果、图像和视频处理以及深度学习方面的强劲上升趋势。很高兴看到新芯片创新的浪潮，特别是深度学习带来的推动。我们将在2019年看到深度学习改善我们在半导体制造业的工作。“
Veeco的UItratech部门高级营销总监Thirumal Thanigaivelan表示：“人工智能，图形和汽车的不同市场需求正在推动前沿发展。随着我们在HBM（高带宽内存）中推动更多处理能力，我们预计投资将继续。多样化的市场和应用空间抑制了晶圆厂设备支出的波动，减少了周期性。“
晶圆和掩模
在市场上获得脉冲的一种方法是查看IC部门中两个关键构建模块的需求图片 - 硅晶圆和光掩模。
根据SEMI的数据，2019年硅片出货量将达到130.9亿平方英寸，比2018年增长5.2％。2018年，硅片出货量增长了7.1％。
据SEMI称，2019年光掩模市场预计将超过40亿美元，比2018年增长4％。
光掩模制造商看到了对前沿和成熟掩模的需求。例如，EUV掩模出货量预计在2017年，2018年翻番，从1041到2185，根据调查从的eBeam倡议。根据调查显示，这是整个掩模出货量的一小部分，因为2018年将交付587,233张光掩模，比2017年增加27％。
“EUV 掩模上升了2倍，这是预期的。这是好事。但与报告的整体掩模市场相比，这些数字微不足道。但就其本身而言，增加2倍是该行业为EUV做好准备的强劲信号，“D2S”Fujimura表示。
EUV光刻 经过多年的延迟后，于2019年开始大规模生产。在EUV扫描中，电源将等离子体转换为13.5nm波长的光，使系统能够打印出更加精细的特征尺寸。
芯片制造商需要EUV，因为使用当今的193nm浸没式光刻和多重图案技术，在硅晶圆上形成极其微小的特征尺寸变得越来越困难。
晶圆代工增长
同时，作为半导体设备的一大市场，代工厂的情况也是五花八门。根据KeyBanc的数据，2019年晶圆代工行业的资本支出将达到251亿美元，比2018年增长14％。
但是前沿代工厂的数量正在减少，这意味着在最先进的节点上购买设备的数量在降低。
工具供应商看到了几个代工厂的需求。在高端领域，7nm会是需求驱动因素，尽管产品组合在高级节点处正在发生变化。“20nm，16nm，14nm和10nm真正由手机驱动，”KLA-Tencor的Donzella说。“在7nm，我们仍有很多由移动设备驱动的流片。我们也看到AI应用程序。现在，问题是这些流片中有多少将在晶圆产能中实现。“
并非所有的变化都在高级节点工艺上。“如果你看一下来自成熟工艺收入百分比，比如40nm及以上仍然非常重要。大约50％的代工厂收入来自后者。这种情况不会改变，原因在于物联网需求，推动了RF和MEMS，然后还有汽车，“Donzella说。
在22nm及以上，业界继续开发基于传统平面晶体管的芯片。相比之下，16nm / 14nm和10nm / 7nm基于finFET。
在每个节点上扩展变得越来越困难。“PPAC（功率，性能，面积，成本）领先优势正在变得越来越复杂和昂贵，” Lam Research高级技术开发副总裁杨攀说。
这些挑战引发了前沿代工领域的重大变革。今天，只有两家公司出货7nm- 三星和台积电。2018年，GlobalFoundries停止了7纳米的努力。该公司无法证明7nm的投资回报是合理的，因为只有少数客户能够负担得起在先进节点设计芯片的费用。与此同时，英特尔正在挣扎于10纳米并且已经多次推迟。（英特尔的10nm大约相当于代工厂的7nm。）
尽管如此，三星和台积电仍在7纳米领先，但他们将面临挑战。2018年，台积电采用传统光学光刻技术在7纳米上投入生产。然后，台积电计划为其第二版7nm引入EUV光刻，该版本将于2019年初推出。
三星最近宣布推出使用EUV的7nm工艺。然后，在某些时候，英特尔也有望导入EUV。
“将EUV投入生产带来了一些挑战。“EUV的引入为新的图案化薄膜和先进的刻蚀工艺（如原子层刻蚀）带来了新的挑战和机遇。与EUV互补的多重图形将继续推动密度扩展，“Lam's Pan说。
高级节点还有其他挑战。“PPAC缩放的另一个重大挑战是降低RC（电阻 - 电容），这需要新的材料和集成，以减少线路和通孔电阻，从而提高电路功率性能，”Pan说。
存储器困境
作为另一个半导体设备的大市场，存储器正处于困难时期。在2018年初，NAND市场下滑并陷入供过于求的状态。过度供应已延长至整个2018年，而价格却暴跌。
NAND前景黯淡。“对于NAND闪存，2019年的收入会比2018年下降40％，”Objective Analysis分析师Jim Handy表示。“我预计NAND将降至成本价，并贴合成本曲线变化，直到目前供过于求的局面在几年内结束。”
经过多年的发展，DRAM市场面临着类似的情况。“从今年年初开始，DRAM开始崩溃，”Handy说。
如果这还不够，那么还有一些技术挑战也困扰着存储器领域。例如，平面NAND在1xnm节点处达到其物理极限。因此，NAND供应商已经从平面NAND迁移到3D NAND。这两种类型都用于固态存储驱动器（SSD）。
与平面NAND（2D结构）不同，3D NAND类似于垂直摩天大楼，其中水平层被堆叠，然后使用微小的垂直通道连接。
如今，供应商正在从48层到96层3D NAND设备迁移，在研发产品可能还有128层的。有些人将图层称为”图层对“。
添加更多图层时，位密度会增加。“在2018年，我们看到市场上出现了96对的产品。明年，我预计我们将看到下一代技术，大于120，“应用的李说。
3D NAND的持续扩展将降低单位成本，从而以更低的价格实现高密度SSD。这反过来又扩大了SSD的市场。“基于NAND的SSD最初是针对高端产品的。现在，它是笔记本电脑的重要组成部分。SSD甚至还针对低端存储。因此，NAND市场不仅在增长，而且还覆盖了很大一部分硬盘驱动器市场，“Lee表示。
尽管如此，很难将3D NAND从64层扩展到96层甚至更高。在3D NAND工艺流程中，使用沉积将交替的膜堆叠在基板上，该过程需要重复多次。但随着更多层的添加，面临的挑战是均匀地堆叠每层，且没有缺陷。
在下一步骤中，用等离子蚀刻设备，刻蚀出从器件叠层顶部到底部基板的微小圆孔或通道。每个通道必须是统一的。否则，可能会发生CD变化。
“当层数增加时，应力管理会是另一个极为重要的问题，”Lam的潘说。“高纵横比（HAR）蚀刻仍然是整个流程中最关键和最困难的步骤。在96层及以上，不仅存储器孔模块变得更具挑战性，其他结构（例如狭缝）在层叠时也变得非常困难。
中国和200毫米
多年来，中国一直是半导体设备不断增长的市场。然而，贸易问题正在这个领域注入不确定性。
在中国，有两种类型的芯片制造商 - 跨国公司和国内公司。“国内半导体公司已经花了不少钱。而且，2018年所有主要设备供应商的业务都在增长，“VLSI Research的Puhakka说。
那2019年呢？“我不认为中国的整体WFE在'18和'19之间会发生显着变化，”KLA-Tencor的Donzella表示。“我们看到更多的代工厂和更少的存储器。我们看到更多的外国投资，而不是当地的。“
同时，200mm也是一个关键的设备市场。对模拟，MEMS和RF芯片的需求继续导致200mm晶圆厂容量和设备的短缺。
“一些亚洲代工厂担心2018年下半年订单减少。但是，目前亚洲大多数晶圆厂的利用率超过90％，”二手设备供应商SurplusGlobal的首席执行官Bruce Kim说。“对200mm工具的需求仍然很大。”
那2019年呢？“情况将非常紧张。一些先进器件将从8寸（200mm）转为12寸晶圆（300mm）制造。我估计在2019年，12寸的转移不会那么大，“Kim说。
进入2019年，8寸晶圆的设备会出现缺口。据SurplusGlobal称，该行业需要2,000-3,000个新的或翻新工具来满足晶圆厂的需求。但据该公司称，市场上只有500个可用的8寸晶圆设备。
200毫米设备价格将保持高位。“目前300毫米设备价格低于200毫米设备价格，”Kim说。
总而言之，2019年设备行业看起来多云。Foundry抬头，但存储器下降了。因此，设备供应商会处于紧张状态，明年可能会出现暴风雨。

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