3D NAND技术大战爆发前厂商们在做啥

有分析师预测在2018年中期时全球NAND闪存在3D堆叠技术的推动下，价格可能低到每Gb约3美分。由于平面NAND闪存的量产己经达15纳米，几乎接近它的物理极限，因此为了提高存储器的容量及带宽，向3DNAND技术迈进是必然趋势。但是3DNAND技术很复杂，相比较而言由于成品率低，导致成本高。三星存储器的领军人物金永南说，它有近1000名的研发人员，一起共同工作己有约20年之久，共有480篇文章在Sciences and Nature等杂志发表,及拥有130项专利。

自2013年8月三星首先宣布它的3D NAND成功推出，之后的每年它都会前进一步，由24层，32层，48层，到今年第四代的64层，以及2017年可能是80层。

3D NAND制造关键工艺

3D NAND的制造工艺十分复杂，以下把关键部分列出：

High aspect ratio trenches 高深宽比的沟开挖

No doping on source or drain 在源与漏中不掺杂

Perfectly parallel walls 完全平行的侧壁

Tens of stairsteps 众多级的楼梯(台阶)

Uniform layer across wafer 在整个硅片面上均匀的淀积层

Single-Litho stairstep 一步光刻楼梯成形

Hard mask etching 硬掩模付蚀

Processing inside of hole 通孔工艺

Deposition on hole sides 孔内壁淀积工艺

Polysilicon channels 多晶硅沟道

Charge trap storage 电荷俘获型存储

Etch through varying materials 各种不同材料的付蚀

Deposition of tens of layers 淀积众多层材料

3DNAND制造中的关键工艺如下图所示：

3D NAND的竞争加剧

近期全球3D NAND的发展迎来少见的红火，之前认为仅三星独家领先的态势，可能需要重新来思考，至少各方之间的差距正逐步缩小,因为谁都不愿落后，从3DNAND的技术与产能方面都在积极的进行突破,近期它们的战况分别如下：

英特尔

英特尔大连厂带来震惊的消息,经过仅8个多月的努力，英特尔大连非易失性存储制造新项目于今年7月初实现提前投产。去年10月，英特尔公司宣布投资55亿美元将大连工厂建设为世界上最先进的非易失性存储器制造工厂。

东芝

东芝在2016年春季开始量产48层3D NAND,紧接着7月15日在它的三重县四日市的半导体二厂中举行启动仪式，未来该厂将量产64层3D NAND闪存。此举表示东芝可能领先于三星，因为三星原先的计划是2017年下半年在韩国京畿道平泽市厂量产它的64层3D NAND闪存。

东芝在3D NAND闪存方面的决心很大,计划2017年它的3D NAND占它的NAND出货量的50%,至2018财年增加到占80%。另外,由于2016年5月威腾(WD,western digital)并购新帝(Sandisk)之后，现在决定延续与东芝的合作关系。东芝与威腾双方各自出资50%,在未来2016 to 2018的三年内总投资1.5兆日园,相当于147亿美元。

美光

美光(Micron)在新加坡与英特尔合资的12英寸厂于2016年Q1开始量产3D NAND,月产3,000片，并计划于今年底扩充产能至40,000片。8月9日美光正式推出了首款面向中高端智能手机市场的32GB 3D NAND存储产品。

该款3D NAND芯片是业内首款基于浮栅技术的移动产品，也是业内最小的3D NAND存储芯片，面积只有60.217 mm2，同时采用UFS 2.1标准的存储设备，让移动设备实现一流的顺序读取性能;基于3D NAND的多芯片封装 (MCP) 技术和低功耗LPDDR4X，使得该闪存芯片比标准的LPDDR4存储的能效多出20%。此外，与相同容量的平面NAND芯片相比，美光3D NAND芯片的尺寸可以缩小30%。

海力士

海力士也不甘示弱,它的利川M14厂近期改造完毕。SK海力士进一步表示，2016年底将建立2万~3万片的3D NAND Flash产能，以因应市场需求。第3季之前的3D NAND Flash投资与生产重心会放在36层产品，预计今年的第4季将计划扩大48层产品的投资与生产能力。另外海力士也计划投资15.5兆韩元,约134亿美元,新建一座存储器制造厂。

三星

显然,三星的优势尚在,据J.P.摩根发表研究报告指出，三星应该会在2016年底将3D NAND的月产能拉高至接近16万片晶圆(西安厂12万片、及Line 16厂接近4万片)。三星的西安厂目前已接近(100,000片)产能全开，且该公司还计划把Line 16厂的部分2D NAND产能转换为3D。

另外，三星也将调用Line 17厂在二楼的空间，于明年投产3D NAND。依据上述假设，J.P.摩根估计三星明年底的3D NAND月产能将攀升至22万片(西安厂12万片、Line 16厂近6万片、Line 17厂近4万片)，等于是比今年底的月产能(16万片)再扩充37.5%。

在近四个月以来发生最大变化的是东芝及英特尔。因为现阶段三星在NAND方面领先，估计平均领先两年左右,而目前它的3D NAND产出己经占它NAND的比重达40%。但是东芝正后续赶上来，因为它的64层提前量产，可能与三星几乎同步，但是它的目标更为诱人，它的3D NAND在2017年目标要占它的NAND产出50%,(目前仅5.4%)以及2018年的80%。

另外，英特尔大连厂仅用8个月时间完成NAND闪存生产线的改造。目前尚不清楚英特尔大连厂将在今年下半年量产的是3D NAND,或是它的Xpoint新型存储器。非常可能2017年东芝和英特尔的3D NAND产能将是三星西安厂的2~3倍，将直接威胁到三星的霸者地位。

总结

依三星的技术水平，据估计它的48层3DNAND的成本己经接近2D NAND，未来64层时可能会占优势。而其它的各家，不知东芝怎么样?反正如果成本优势不足，它们也不可能去积极的扩充产能。

不管如何，到2018年武汉”新芯”实现诺言量产3DNAND时，它的32层与三星可能己经达100层相比己经落后四代左右，可能更为严峻的是制造成本方面的差距，因此”新芯”的产能扩充不可能盲目地马上扩大到月产100，000片。但是历来存储器业就是象一场赌局,对于中国半导体业是没有退路，只有迎头努力往前赶。“新芯”上马的意义，它不能完全用市场经济的概念来注释，其中技术方面的突破是首位，其次是降低制造成本，逐渐缩小差距。争取在未来全球半导体业的大势处于上升周期时，存储器价格有所回升，那时武汉”新芯”才有可能实现突围成功的希望。

据目前的水平，依三星的技术作例，它的平面NAND，2015年采用16纳米制程，容量为64Gb，芯片面积为86.4平方毫米，折算每平方毫米为740Mb，而与三星的48层3DNAND相比较，2016年采用21纳米制程，容量达256Gb，芯片面积为99平方毫米，折算每平方毫米可达2，600Mb。