邁入2019年，NAND快閃記憶體確定會(huì)是記憶體產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)，其中，又以3D 快閃記憶體的發(fā)展引起最多關(guān)注。如果要看3D快閃記憶體在2019年的發(fā)展，應(yīng)該離不開兩個(gè)焦點(diǎn)：專利數(shù)和堆層數(shù)，而毫無疑問的，兩者都會(huì)屢創(chuàng)新高，越來越高；但，究竟會(huì)有多高？

照片來源：? 2016 MaxPixel.net

先不管3D的部分，來看一下NAND快閃記憶體自2010年到2018年的市場占比變化。圖1是NAND Flash從2010年到2018年各大品牌每一季的市占率統(tǒng)計(jì)。從2010年到2018年9個(gè)年頭，Samsung一直是領(lǐng)域中的龍頭，雖然市占率起起伏伏，最低市占落在2014年第4季的27.9%，但總的來說，Samsung在NAND Flash的市占率一直領(lǐng)先，從未被第2位的Toshiba超越過。

其中值得注意是，雖然WDC (Western Digital，威騰電子)于2016年5月份才正式以160億美元完成收購SanDisk，但其于2013年第4季已以WD品牌推出NAND Flash產(chǎn)品。事實(shí)上從2013年年初開始，WDC已先后收購了STEC、Velobit、Virident 及Skyera 幾家Flash Memory公司，因此2013年第4季一上榜市占即有19.9%。另外，值得注意的是，在WDC第一次上榜時(shí)，Toshiba（東芝）的市占即掉了10%，從第3季的28.9％掉到第4季的19.9%（不過，Toshiba與WDC是同一陣營，因此品牌占比分配也許是一種策略考量）。

圖1.全球NAND Flash廠商2010至2018年每一季度之市場占比統(tǒng)計(jì)

資料來源：? Statista 2019

3D NAND 快閃記憶體發(fā)展迅速 5年內(nèi)邁入128層

繼2015年Samsung推出32層堆層的3D V-NAND之后，2016年市場便很熱鬧，除了SK Hynix推出了36層的3D NAND V2、Micron/Intel也推出了32層的3D NAND，而Toshiba/ SanDisk甚至進(jìn)一步推出了48層的產(chǎn)品。2017是64層的備戰(zhàn)年，包括Samsung、Micron/Intel、以及Toshiba/WD等三大陣營均推出了64層堆層的產(chǎn)品；而SK Hynix則是繼36層V2 3D NAND后推出48層的V3 3D NAND。除此之外，2017年比較值得關(guān)注的是中國廠商長江存儲(chǔ)(YMTC)的3D NAND也已研發(fā)完成。邁入2018年，前述三大陣營的64層3D NAND產(chǎn)品、及SK Hynix的72層的V4 3D NAND產(chǎn)品均同時(shí)進(jìn)入量產(chǎn)階段。而同年，最觸目的消息莫過于長江存儲(chǔ)于8月7日于美國加州舉行的Flash Memory Summit中正式發(fā)表其XtackingTM技術(shù)的3D NAND，并預(yù)計(jì)2019年量產(chǎn)32層的產(chǎn)品；可以說是朝「中國芯」的目標(biāo)邁進(jìn)一大步。

圖2.主要記憶體廠商之NAND快閃記憶體技術(shù)路徑圖圖片來源：TechInsights；? 2018. TechInsightsInc.

邁入2019年，3D NAND的堆層數(shù)是否會(huì)再創(chuàng)新高呢？答案是肯定的。其實(shí)主要NAND Flash大廠在2018年已經(jīng)相繼推出其96層NAND Flash的樣品(Sample)，當(dāng)然，下一步就是朝128層邁進(jìn)。從圖2主要NAND記憶體大廠的技術(shù)路徑圖即可得知，雖然2019年的主戰(zhàn)場是96層的3D NAND產(chǎn)品，但預(yù)計(jì)128層的前哨戰(zhàn)在下半年即會(huì)開打。

除了堆層數(shù)之外，新的堆疊技術(shù)推陳出新也是近年NAND記憶體產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)，像是Intel / Micron陣營的Multi-stack 3D NAND、SK Hynix的4D NAND、以及長江存儲(chǔ)的XtackingTM。長江存儲(chǔ)指出，采用XtackingTM技術(shù)可以在一片晶圓上獨(dú)立加工負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)I/O及記憶單元操作的外圍電路，而這樣的加工方式有利于選擇合適的先進(jìn)邏輯制程，可使NAND獲取更高的I/O接口速度和更多的操作功能。長江存儲(chǔ)目前已成功將XtackingTM技術(shù)應(yīng)用于其第二代3D NAND產(chǎn)品的開發(fā)，產(chǎn)品預(yù)計(jì)2019年即可進(jìn)入量產(chǎn)階段。

很多人會(huì)好奇像3D NAND這種堆疊式的記憶體最終可以堆到多高？有時(shí)候推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的可能不僅是記憶體廠商，更積極的可能是半導(dǎo)體設(shè)備廠商。在探討堆疊式記憶體的專利申請(qǐng)現(xiàn)況時(shí)，即不難發(fā)現(xiàn)有不少半導(dǎo)體設(shè)備廠參與其中。其中，Applied Materials（應(yīng)用材料）最為積極，甚至開辟了一個(gè)3D NAND的部落格。來發(fā)表相關(guān)技術(shù)文章。

Applied Materials曾于去年5月舉行的IMW (International Memory Workshop) 中表示，3D NAND Flash的堆層數(shù)于2021年可望超過140層，但堆層數(shù)屢創(chuàng)新高的同時(shí)，每一堆層的厚度也會(huì)變薄，讓晶片尺寸變更小；另一方面，晶片容量卻是大幅提升，實(shí)現(xiàn)了「die size ↓，capacity ↑」的目標(biāo)。

專利申請(qǐng)趨勢

雖然Samsung于2105年才正式量產(chǎn)32層3D V-NAND的廠商，也算是第一家量產(chǎn)3D NAND的廠商，但針對(duì)3D 堆疊式記憶體產(chǎn)品的專利布局，其實(shí)早在10年前就展開。根據(jù)LexInnova一份于2015年出刊的報(bào)告「3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis」，其實(shí)從1995年已開始有廠商在這方面申請(qǐng)專利，著手布局，但從1995年至2005年專利申請(qǐng)數(shù)成長相當(dāng)緩慢，直到2006年由于SanDisk提升了在這個(gè)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量，因此專利申請(qǐng)數(shù)一下子從2005年的99件翻倍到2006年的198件。接下來因2006年至2010年遇上經(jīng)濟(jì)衰退危機(jī)，影響所及，專利申請(qǐng)量并沒有明顯成長。經(jīng)過了2008年的金融風(fēng)暴，2010年可以說是谷底了。由于各大記憶體廠商在經(jīng)濟(jì)不景氣的時(shí)候仍積極研發(fā)，加上3D 堆疊式記憶體的技術(shù)開始成熟， 因此2011～2013年專利申請(qǐng)量急遽提升，從175件上升至283件。此外，由于LexInnova報(bào)告于2015年制作時(shí)有許多于2013及2014年申請(qǐng)的專利尚未公開，因此2014的專利申請(qǐng)量呈急遽下降狀態(tài)。

圖3. 3D堆疊式記憶體專利申請(qǐng)趨勢

資料來源：3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis；? 2015 LexInnova

圖4是2015年時(shí)3D堆疊式記憶體專利排行前面的專利權(quán)人及其專利數(shù)量，Sandisk于3D記憶體IC的專利數(shù)量明顯超越其他記憶體廠商。其中，***半導(dǎo)體廠商旺宏電子在2015年已經(jīng)是前4大的專利權(quán)人，顯示其在3D堆疊式記憶體產(chǎn)品的專利布局已耕耘了很久。話說去年(2018)10月，美國國際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）判定Toshiba侵害旺宏（Macronix）專利確定，Toshiba須支付旺宏4,000 萬美元和解金，并交互授權(quán)各自30 項(xiàng)專利，由此可見旺宏雖然在3D NAND Flash的市占不高，但其對(duì)技術(shù)的專利保護(hù)卻是做得相當(dāng)好。

圖4. 3D堆疊式記憶體專利權(quán)人排行(2015年)

資料來源：3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis；? 2015 LexInnova

LexInnova的報(bào)告是在2015年出版的，報(bào)告中大部分?jǐn)?shù)據(jù)停留在2014。事實(shí)上從2015~2018，這4年間堆疊式記憶體領(lǐng)域發(fā)生了不少大事，包括SanDisk被Western Digital并購、中國政府加大力度投資半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、Intel宣布與Micron分道揚(yáng)鑣，各自發(fā)展3D NAND產(chǎn)品及技術(shù)等等。

圖5是3D NAND Flash在2018年專利數(shù)量及專利權(quán)人分布狀態(tài)，雖然Sandisk已被WD收購，但顯然專利權(quán)人并沒有變更，在2016年前申請(qǐng)的專利申請(qǐng)人或是專利權(quán)人仍是Sandisk。從圖5可見，在前8大堆疊式記憶體廠商中，美、日、韓廠商的專利數(shù)最多；如果單就3D NAND的部分，SanDisk/Western Digital、Samsung及Toshiba三大陣營即占了全部3D NAND的專利超過65%；因此這三大陣營透過交互授權(quán)，掌握了大部分3D NAND的關(guān)鍵技術(shù)。不過，值得注意的是，除了旺宏電子持續(xù)在這一塊耕耘布局外，中國廠商的崛起也是不容忽視。現(xiàn)在不管是在中國國知局或是USPTO，用“3D NAND”或是“Stacked Memory”去搜索Title或是Abstract，都可以找到不少中國廠商剛公開的專利申請(qǐng)。

圖5. 3D堆疊式記憶體專利權(quán)人排行(2018年)

資料來源：各大專利局；制表：李淑蓮，2019/1/22