自2013年8月三星率先宣布成功推出3D NAND之后，在技術上每年都會前進一步，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。除技術進步之外，有分析師預測在2018年中期，全球NAND閃存市場在3D堆疊技術的影響下，價格有可能低到每Gb約3美分。目前，中國正在下大力度推進存儲產業的發展，3D NAND被認為是一個有利的突破口。在此之際，有必要了解3D NADN的產業競爭形勢。

 

    全球3D NAND競爭形勢加劇

 

    想要了解3D NAND，首先應當了解其關鍵制造工藝。3D NAND的制造工藝十分復雜，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)、完全平行的側壁(Perfectly parallel walls)、眾多級的臺階(Tens of stairsteps)、在整個硅片面上均勻的淀積層(Uniform layer across wafer)、一步光刻樓梯成形(Single-Lithostairstep)、硬掩模刻蝕(Hard mask etching)、通孔工藝(Processing inside of hole)、孔內壁淀積工藝(Deposition on hole sides)、多晶硅溝道(Polysilicon channels)、電荷俘獲型存儲(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。這些還只是主要關鍵部驟，可見其復雜性。

 

    然而，2D NAND在進入1xnm節點之后，器件耐久性和數據保持特性持續退化，單元之間的耦合效應難以克服，很難解決集成度提高和成本控制的矛盾，進一步發展面臨瓶頸。發展3D NAND已經是大勢所趨。近期全球3D NAND的發展迎來少見的紅火，之前認為僅三星獨家領先的態勢，可能需要重新思考，至少各方之間的差距正逐步縮小。因為誰都不愿在未來落后。

 

    從3D NAND的技術與產能方面尋求突破，近期幾大廠商都在加大力度。日前，英特爾大連廠傳出消息，經過僅8個多月的努力，英特爾大連廠非易失性存儲制造新項目于今年7月初實現提前投產。去年10月，英特爾公司宣布投資55億美元將大連工廠建設為世界上最先進的非易失性存儲器制造工廠。

 

    東芝方面，在2016年春季開始量產48層3D NAND，緊接著7月15日在日本三重縣四日市的半導體二廠中舉行啟動儀式，未來該廠將量產64層3D NAND閃存。此舉表示東芝可能領先于三星。因為三星原先的計劃是2017年下半年在韓國京畿道平澤市廠量產它的64層3D NAND閃存。

 

    東芝在3D NAND閃存方面的決心很大，計劃2017年3D NAND占其全部NAND出貨量的50%，至2018財年增加到80%。

 

    另外，由于2016年5月西部數據并購閃迪并沒有影響閃迪與東芝間的合作關系。東芝與西部數據雙方各自出資50%，在未來2016年到2018年的三年內將總投資1.5兆日圓(約147億美元)在存儲方面。

 

    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3D NAND，月產3000片，并計劃于今年年底擴充產能至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市場的32GB 3D NAND存儲產品。

 

    該款3D NAND芯片是業內首款基于浮柵技術的移動產品，也是業內最小的3D NAND存儲芯片，面積只有60.217 mm2，同時采用UFS 2.1標準的存儲設備，讓移動設備實現一流的順序讀取性能;基于3D NAND的多芯片封裝(MCP)技術和低功耗LPDDR4X，使得該閃存芯片比標準的LPDDR4存儲的能效更優。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海力士進一步表示，2016年年底將建立2萬～3萬片的3D NAND Flash產能，以應市場需求。第三季度之前的3D NAND Flash投資與生產重心會放在36層產品，預計今年的第四季度將擴大48層產品的投資與生產能力。另外海力士也計劃投資15.5兆韓元，約134億美元，新建一座存儲器制造廠。

 

    雖然其他廠商你爭我奪，但是顯然目前三星的優勢尚在。據J.P.摩根發表的研究報告，三星應該會在2016年年底將3D NAND的月產能拉高至接近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)產能全開，且該公司還計劃把Line 16廠的部分2D NAND產能轉換為3D。

 

    另外，三星也將調用Line 17廠在二樓的空間，于明年投產3D NAND。依據上述消息，J.P.摩根估計三星明年年底的3D NAND月產能將攀升至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能(16萬片)再擴充37.5%。

 

    以技術突破獲取成本降低

 

    根據上述分析，近四個月以來，變化最大的是東芝及英特爾。因為現階段三星在NAND方面領先，估計平均領先兩年左右，而目前它的3D NAND產出已經占它NAND的比重達40%。但是東芝正后來居上，因為它的64層提前量產，或者與三星同步，但是它的目標更為宏大，3D NAND在2017年目標要占它的NAND產出50%，2018年達以80%，而目前僅5.4%。

 

    另外，英特爾大連廠僅用8個月時間便完成NAND閃存生產線的改造。目前尚不清楚英特爾大連廠將在今年下半年量產的是3D NAND，還是其Xpoint新型存儲器。非常有可能的是，2017年東芝和英特爾的3D NAND產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閃存的量產已經達15納米，幾乎接近物理極限，因此為了提高存儲器的容量及帶寬，向3D NAND技術邁進是必然趨勢。

 

    但是3D NAND技術很復雜，由于成品率低，導致成本高。依三星的技術水平，估計它的48層3D NAND的成本已經接近2D NAND，未來64層時可能會占優勢。而其他的各廠家現階段仍然需要克服成本這一難題。這可以給中國存儲廠商一些時間。

 

    但是，不管如何，到2018年長江存儲實現諾言量產3D NAND時，它的32層與三星可能已經達100層相比絕不占優勢。技術只是一個方面，更為嚴峻的是制造成本方面的差距。

 

    因此，長江存儲的產能擴充不可能盲目地馬上擴大到月產10萬片規模。但是歷來存儲產業就是像一場賭局，對于中國半導體業是沒有退路，只有迎頭努力往前趕。長江存儲上馬的意義，不能完全用市場經濟的概念來注釋，其中技術方面的突破是首位，其次是降低制造成本，逐漸縮小差距。爭取在未來全球半導體業處于上升周期時，存儲器價格有所回升，那時長江存儲才有希望實現成功突圍。