自2013年8月三星率先宣布成功推出3D NAND之后，在技術(shù)上每年都會(huì)前進(jìn)一步，由24層、32層、48層，到今年的第四代64層。有消息稱2017年三星將可能推出80層 3D NAND。除技術(shù)進(jìn)步之外，有分析師預(yù)測(cè)在2018年中期，全球NAND閃存市場(chǎng)在3D堆疊技術(shù)的影響下，價(jià)格有可能低到每Gb約3美分。目前，中國正在下大力度推進(jìn)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，3D NAND被認(rèn)為是一個(gè)有利的突破口。在此之際，有必要了解3D NADN的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)。

 

    全球3D NAND競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)加劇

 

    想要了解3D NAND，首先應(yīng)當(dāng)了解其關(guān)鍵制造工藝。3D NAND的制造工藝十分復(fù)雜，主要包括高深寬比的溝開挖(High aspect ratio trenches)、在源與漏中不摻雜(No doping on source or drain)、完全平行的側(cè)壁(Perfectly parallel walls)、眾多級(jí)的臺(tái)階(Tens of stairsteps)、在整個(gè)硅片面上均勻的淀積層(Uniform layer across wafer)、一步光刻樓梯成形(Single-Lithostairstep)、硬掩�？涛g(Hard mask etching)、通孔工藝(Processing inside of hole)、孔內(nèi)壁淀積工藝(Deposition on hole sides)、多晶硅溝道(Polysilicon channels)、電荷俘獲型存儲(chǔ)(Charge trap storage)、各種不同材料的刻蝕(Etch through varying materials)、淀積眾多層材料(Deposition of tens of layers)等。這些還只是主要關(guān)鍵部驟，可見其復(fù)雜性。

 

    然而，2D NAND在進(jìn)入1xnm節(jié)點(diǎn)之后，器件耐久性和數(shù)據(jù)保持特性持續(xù)退化，單元之間的耦合效應(yīng)難以克服，很難解決集成度提高和成本控制的矛盾，進(jìn)一步發(fā)展面臨瓶頸。發(fā)展3D NAND已經(jīng)是大勢(shì)所趨。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(shì)，可能需要重新思考，至少各方之間的差距正逐步縮小。因?yàn)檎l都不愿在未來落后。

 

    從3D NAND的技術(shù)與產(chǎn)能方面尋求突破，近期幾大廠商都在加大力度。日前，英特爾大連廠傳出消息，經(jīng)過僅8個(gè)多月的努力，英特爾大連廠非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)器制造工廠。

 

    東芝方面，在2016年春季開始量產(chǎn)48層3D NAND，緊接著7月15日在日本三重縣四日市的半導(dǎo)體二廠中舉行啟動(dòng)儀式，未來該廠將量產(chǎn)64層3D NAND閃存。此舉表示東芝可能領(lǐng)先于三星。因?yàn)槿�星原先的�?jì)劃是2017年下半年在韓國京畿道平澤市廠量產(chǎn)它的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3D NAND占其全部NAND出貨量的50%，至2018財(cái)年增加到80%。

 

    另外，由于2016年5月西部數(shù)據(jù)并購閃迪并沒有影響閃迪與東芝間的合作關(guān)系。東芝與西部數(shù)據(jù)雙方各自出資50%，在未來2016年到2018年的三年內(nèi)將總投資1.5兆日?qǐng)A(約147億美元)在存儲(chǔ)方面。

 

    美光(Micron)在新加坡與英特爾合資的12英寸廠于2016年第一季度開始量產(chǎn)3D NAND，月產(chǎn)3000片，并計(jì)劃于今年年底擴(kuò)充產(chǎn)能至4萬片/月。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(chǎng)的32GB 3D NAND存儲(chǔ)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(dòng)產(chǎn)品，也是業(yè)內(nèi)最小的3D NAND存儲(chǔ)芯片，面積只有60.217 mm2，同時(shí)采用UFS 2.1標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)設(shè)備，讓移動(dòng)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(chǔ)的能效更優(yōu)。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%。

 

    海力士也不甘示弱，它的利川M14廠近期改造完畢。SK海力士進(jìn)一步表示，2016年年底將建立2萬～3萬片的3D NAND Flash產(chǎn)能，以應(yīng)市場(chǎng)需求。第三季度之前的3D NAND Flash投資與生產(chǎn)重心會(huì)放在36層產(chǎn)品，預(yù)計(jì)今年的第四季度將擴(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(chǔ)器制造廠。

 

    雖然其他廠商你爭(zhēng)我奪，但是顯然目前三星的優(yōu)勢(shì)尚在。據(jù)J.P.摩根發(fā)表的研究報(bào)告，三星應(yīng)該會(huì)在2016年年底將3D NAND的月產(chǎn)能拉高至接近16萬片晶圓(西安廠12萬片及Line 16廠接近4萬片)。三星的西安廠目前已接近(10萬片/月片)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)上述消息，J.P.摩根估計(jì)三星明年年底的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、Line17廠近4萬片)，等于是比今年年底的月產(chǎn)能(16萬片)再擴(kuò)充37.5%。

 

    以技術(shù)突破獲取成本降低

 

    根據(jù)上述分析，近四個(gè)月以來，變化最大的是東芝及英特爾。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)出已經(jīng)占它NAND的比重達(dá)40%。但是東芝正后來居上，因?yàn)樗��?4層提前量產(chǎn)，或者與三星同步，但是它的目標(biāo)更為宏大，3D NAND在2017年目標(biāo)要占它的NAND產(chǎn)出50%，2018年達(dá)以80%，而目前僅5.4%。

 

    另外，英特爾大連廠僅用8個(gè)月時(shí)間便完成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，還是其Xpoint新型存儲(chǔ)器。非常有可能的是，2017年東芝和英特爾的3D NAND產(chǎn)能將是三星西安廠的2~3倍。這將直接威脅到三星的霸主地位。

 

    由于平面NAND閃存的量產(chǎn)已經(jīng)達(dá)15納米，幾乎接近物理極限，因此為了提高存儲(chǔ)器的容量及帶寬，向3D NAND技術(shù)邁進(jìn)是必然趨勢(shì)。

 

    但是3D NAND技術(shù)很復(fù)雜，由于成品率低，導(dǎo)致成本高。依三星的技術(shù)水平，估計(jì)它的48層3D NAND的成本已經(jīng)接近2D NAND，未來64層時(shí)可能會(huì)占優(yōu)勢(shì)。而其他的各廠家現(xiàn)階段仍然需要克服成本這一難題。這可以給中國存儲(chǔ)廠商一些時(shí)間。

 

    但是，不管如何，到2018年長(zhǎng)江存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)諾言量產(chǎn)3D NAND時(shí)，它的32層與三星可能已經(jīng)達(dá)100層相比絕不占優(yōu)勢(shì)。技術(shù)只是一個(gè)方面，更為嚴(yán)峻的是制造成本方面的差距。

 

    因此，長(zhǎng)江存儲(chǔ)的產(chǎn)能擴(kuò)充不可能盲目地馬上擴(kuò)大到月產(chǎn)10萬片規(guī)模。但是歷來存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)就是像一場(chǎng)賭局，對(duì)于中國半導(dǎo)體業(yè)是沒有退路，只有迎頭努力往前趕。長(zhǎng)江存儲(chǔ)上馬的意義，不能完全用市場(chǎng)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(zhēng)取在未來全球半導(dǎo)體業(yè)處于上升周期時(shí)，存儲(chǔ)器價(jià)格有所回升，那時(shí)長(zhǎng)江存儲(chǔ)才有希望實(shí)現(xiàn)成功突圍。