平面NAND閃存的制程己經(jīng)達(dá)15納米，幾乎接近它的物理極限，因此為了提高存儲器的容量及帶寬，向3D NAND技術(shù)邁進(jìn)是必然趨勢。但是3D NAND技術(shù)很復(fù)雜，相比較而言由于成品率低，導(dǎo)致成本高。有分析師預(yù)測，到2018年中期全球NAND閃存在3D堆疊技術(shù)的推動下，價格可能低到每Gb約3美分。

自2013年8月三星率先推出3D NAND以來，之后的每年都會前進(jìn)一步，由24層、32層、48層到今年第四代的64層，以及2017年可能是80層。三星存儲器的領(lǐng)軍人物金永南表示，該公司有近1000名的存儲研發(fā)人員，一起共同工作己有約20年之久，共有480篇文章在Sciences and Nature等雜志發(fā)表及擁有130項(xiàng)專利。

3D NAND 制造關(guān)鍵工藝

3D NAND的制造工藝十分復(fù)雜，以下把關(guān)鍵部分列出：

High aspect ratio trenches(高深寬比的溝開挖)

No doping on source or drain(在源與漏中不摻雜)

Perfectly parallel walls(完全平行的側(cè)壁)

Tens of stairsteps(眾多級的樓梯(臺階))

Uniform layer across wafer(在整個硅片面上均勻的淀積層)

Single-Litho stairstep(一步光刻樓梯成形)

Hard mask etching(硬掩模付蝕)

Processing inside of hole(通孔工藝)

Deposition on hole sides(孔內(nèi)壁淀積工藝)

Polysilicon channels(多晶硅溝道)

Charge trap storage(電荷俘獲型存儲)

Etch through varying materials(各種不同材料的付蝕)

Deposition of tens of layers(淀積眾多層材料)

3D NAND制造中的關(guān)鍵工藝如下圖所示：

3D NAND的競爭加劇

近期全球3D NAND的發(fā)展迎來少見的紅火，之前認(rèn)為僅三星獨(dú)家領(lǐng)先的態(tài)勢，可能需要重新來思考，至少各方之間的差距正逐步縮小，因?yàn)檎l都不愿落后，從3D NAND的技術(shù)與產(chǎn)能方面都在積極的進(jìn)行突破，近期它們的戰(zhàn)況分別如下：

英特爾

日前，英特爾大連廠帶來震驚的消息，經(jīng)過僅8個多月的努力，英特爾大連非易失性存儲制造新項(xiàng)目于今年7月初實(shí)現(xiàn)提前投產(chǎn)。

去年10月，英特爾公司宣布投資55億美元將大連工廠建設(shè)為世界上最先進(jìn)的非易失性存儲器制造工廠。

東芝

東芝在2016年春季開始量產(chǎn)48層3D NAND，緊接著7月15日在它的三重縣四日市的半導(dǎo)體二廠中舉行啟動儀式，未來該廠將量產(chǎn)64層3D NAND閃存。

東芝在3D NAND閃存方面的決心很大，計(jì)劃2017年讓3D NAND占其整體NAND出貨量的50%，至2018財(cái)年增加到占80%。

另外，由于2016年5月西數(shù)(WD)并購閃迪(Sandisk)之后，現(xiàn)在決定延續(xù)與東芝的合作關(guān)系。東芝與西數(shù)雙方各自出資50%，將在2016-2018的三年內(nèi)總投資1.5兆日圓，相當(dāng)于147億美元。

美光

美光(Micron)在新加坡與英特爾合資的12英寸廠于2016年Q1開始量產(chǎn)3D NAND，月產(chǎn)3000片，并計(jì)劃于今年底擴(kuò)充產(chǎn)能至40000片。

8月9日美光正式推出了首款面向中高端智能手機(jī)市場的32GB 3D NAND存儲產(chǎn)品。

該款3D NAND芯片是業(yè)內(nèi)首款基于浮柵技術(shù)的移動產(chǎn)品，也是業(yè)內(nèi)最小的3D NAND存儲芯片，面積只有60.217 mm2，同時采用UFS 2.1標(biāo)準(zhǔn)的存儲設(shè)備，讓移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)一流的順序讀取性能;基于3D NAND的多芯片封裝 (MCP) 技術(shù)和低功耗LPDDR4X，使得該閃存芯片比標(biāo)準(zhǔn)的LPDDR4存儲的能效多出20%。此外，與相同容量的平面NAND芯片相比，美光3D NAND芯片的尺寸可以縮小30%。

SK海力士

海力士也不甘示弱，其位于利川M14廠近期改造完畢。SK海力士進(jìn)一步表示，2016年底將建立2萬-3萬片的3D NAND Flash產(chǎn)能，以適應(yīng)市場需求。第3季之前的3D NAND Flash投資與生產(chǎn)重心會放在36層產(chǎn)品，預(yù)計(jì)今年的第4季將計(jì)劃擴(kuò)大48層產(chǎn)品的投資與生產(chǎn)能力。另外海力士也計(jì)劃投資15.5兆韓元，約134億美元，新建一座存儲器制造廠。

三星

顯然，三星的優(yōu)勢尚在，據(jù)J.P.摩根發(fā)表研究報(bào)告指出，三星應(yīng)該會在2016年底將3D NAND的月產(chǎn)能拉高至接近16萬片晶圓(西安廠12萬片、Line 16廠接近4萬片)。三星的西安廠目前已接近(100000片)產(chǎn)能全開，且該公司還計(jì)劃把Line 16廠的部分2D NAND產(chǎn)能轉(zhuǎn)換為3D。

另外，三星也將調(diào)用Line 17廠在二樓的空間，于明年投產(chǎn)3D NAND。依據(jù)上述假設(shè)，J.P.摩根估計(jì)三星明年底的3D NAND月產(chǎn)能將攀升至22萬片(西安廠12萬片、Line 16廠近6萬片、Line 17廠近4萬片)，等于是比今年底的月產(chǎn)能(16萬片)再擴(kuò)充37.5%。

在近四個月以來發(fā)生最大變化的是東芝及英特爾。因?yàn)楝F(xiàn)階段三星在NAND方面領(lǐng)先，估計(jì)平均領(lǐng)先兩年左右，而目前它的3D NAND產(chǎn)出己經(jīng)占它NAND的比重達(dá)40%。但是東芝正努力追趕，因?yàn)樗?4層提前量產(chǎn)，可能與三星幾乎同步，但是它的目標(biāo)更為誘人，其3D NAND在2017年目標(biāo)要占整體NAND產(chǎn)出50%，(目前僅5.4%)以及2018年的80%。

另外，英特爾大連廠僅用8個月時間完成NAND閃存生產(chǎn)線的改造。目前尚不清楚英特爾大連廠將在今年下半年量產(chǎn)的是3D NAND，或是Xpoint新型存儲器。非?？赡?017年東芝和英特爾的3D NAND產(chǎn)能將是三星西安廠的2-3倍，將直接威脅到三星的霸者地位。

總結(jié)

歷來存儲器業(yè)就像是一場賭局，對于中國半導(dǎo)體業(yè)來說更是沒有退路，只有迎頭努力往前趕。武漢新芯存儲器項(xiàng)目上馬的意義，不能完全用市場經(jīng)濟(jì)的概念來注釋，其中技術(shù)方面的突破是首位，其次是降低制造成本，逐漸縮小差距。爭取在未來全球半導(dǎo)體業(yè)的大勢處于上升周期時，存儲器價格有所回升，那時武漢新芯才有可能實(shí)現(xiàn)突圍成功的希望。

據(jù)目前的水平，以三星的技術(shù)為例，其平面NAND 2015年采用16納米制程，容量為64Gb，芯片面積為86.4mm2，折算每mm2為740Mb，而與三星的48層3D NAND相比較，2016年采用21納米制程，容量達(dá)256Gb，芯片面積為99mm2，折算每mm2可達(dá)2600Mb。以三星的技術(shù)水平，估計(jì)它的48層3D NAND的成本己經(jīng)接近2D NAND，未來64層時可能會占優(yōu)勢。而其它的各家，不知東芝怎么樣?反正如果成本優(yōu)勢不足，它們也不可能去積極的擴(kuò)充產(chǎn)能。

 不管如何，到2018年武漢新芯實(shí)現(xiàn)諾言量產(chǎn)3D NAND時，它的32層與三星可能己經(jīng)達(dá)100層相比己經(jīng)落后四代左右，可能更為嚴(yán)峻的是制造成本方面的差距，因此武漢新芯的產(chǎn)能擴(kuò)充不可能盲目地馬上擴(kuò)大到月產(chǎn)100000片。