有分析師預(yù)測(cè)在2018年中期時(shí)全球NAND閃存在3D堆疊技術(shù)的推動(dòng)下，價(jià)格可能低到每Gb約3美分。由于平面NAND閃存的量產(chǎn)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(chǔ)器的容量及帶寬，向3DNAND技術(shù)邁進(jìn)是必然趨勢(shì)。但是3DNAND技術(shù)很復(fù)雜，相比較而言由于成品率低，導(dǎo)致成本高。三星存儲(chǔ)器的領(lǐng)軍人物金永南說(shuō)，它有近1000名的研發(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。

自2013年8月三星首先宣布它的3D NAND成功推出，之后的每年它都會(huì)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。

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(jí)的樓梯(臺(tái)階)

Uniform layer across wafer 在整個(gè)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(chǔ)

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

3DNAND制造中的關(guān)鍵工藝如下圖所示：

3D NAND的競(jìng)爭(zhēng)加劇

近期全球3D NAND的發(fā)展迎來(lái)少見(jiàn)的紅火，之前認(rèn)為僅三星獨(dú)家領(lǐng)先的態(tài)勢(shì)，可能需要重新來(lái)思考，至少各方之間的差距正逐步縮小,因?yàn)檎l(shuí)都不愿落后，從3DNAND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

英特爾大連廠帶來(lái)震驚的消息,經(jīng)過(guò)僅8個(gè)多月的努力，英特爾大連非易失性存儲(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

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(dòng)儀式，未來(lái)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窃鹊挠?jì)劃是2017年下半年在韓國(guó)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年它的3D NAND占它的NAND出貨量的50%,至2018財(cái)年增加到占80%。另外,由于2016年5月威騰(WD,western digital)并購(gòu)新帝(Sandisk)之后，現(xiàn)在決定延續(xù)與東芝的合作關(guān)系。東芝與威騰雙方各自出資50%,在未來(lái)2016 to 2018的三年內(nèi)總投資1.5兆日?qǐng)@,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)3,000片，并計(jì)劃于今年底擴(kuò)充產(chǎn)能至40,000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(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%。

海力士

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年底將建立2萬(wàn)~3萬(wàn)片的3D NAND Flash產(chǎn)能，以因應(yīng)市場(chǎng)需求。第3季之前的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(chǔ)器制造廠。

三星

顯然,三星的優(yōu)勢(shì)尚在,據(jù)J.P.摩根發(fā)表研究報(bào)告指出，三星應(yīng)該會(huì)在2016年底將3D NAND的月產(chǎn)能拉高至接近16萬(wàn)片晶圓(西安廠12萬(wàn)片、及Line 16廠接近4萬(wàn)片)。三星的西安廠目前已接近(100,000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(wàn)片(西安廠12萬(wàn)片、Line 16廠近6萬(wàn)片、Line 17廠近4萬(wàn)片)，等于是比今年底的月產(chǎn)能(16萬(wàn)片)再擴(kuò)充37.5%。

在近四個(gè)月以來(lái)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%。但是東芝正后續(xù)趕上來(lái)，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，它的3D NAND在2017年目標(biāo)要占它的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(gè)月時(shí)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,或是它的Xpoint新型存儲(chǔ)器。非常可能2017年?yáng)|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)

依三星的技術(shù)水平，據(jù)估計(jì)它的48層3DNAND的成本己經(jīng)接近2D NAND，未來(lái)64層時(shí)可能會(huì)占優(yōu)勢(shì)。而其它的各家，不知東芝怎么樣?反正如果成本優(yōu)勢(shì)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)3DNAND時(shí)，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”新芯”的產(chǎn)能擴(kuò)充不可能盲目地馬上擴(kuò)大到月產(chǎn)100，000片。但是歷來(lái)存儲(chǔ)器業(yè)就是象一場(chǎng)賭局,對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體業(yè)是沒(méi)有退路，只有迎頭努力往前趕。“新芯”上馬的意義，它不能完全用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的概念來(lái)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(lái)全球半導(dǎo)體業(yè)的大勢(shì)處于上升周期時(shí)，存儲(chǔ)器價(jià)格有所回升，那時(shí)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，依三星的技術(shù)作例，它的平面NAND，2015年采用16納米制程，容量為64Gb，芯片面積為86.4平方毫米，折算每平方毫米為740Mb，而與三星的48層3DNAND相比較，2016年采用21納米制程，容量達(dá)256Gb，芯片面積為99平方毫米，折算每平方毫米可達(dá)2，600Mb。