迈入2019年，NAND快闪记忆体确定会是记忆体产业的焦点

迈入2019年，NAND快闪记忆体确定会是记忆体产业的焦点，其中，又以3D 快闪记忆体的发展引起最多关注。如果要看3D快闪记忆体在2019年的发展，应该离不开两个焦点：专利数和堆层数，而毫无疑问的，两者都会屡创新高，越来越高；但，究竟会有多高？

照片来源：© 2016 MaxPixel.net

先不管3D的部分，来看一下NAND快闪记忆体自2010年到2018年的市场占比变化。图1是NAND Flash从2010年到2018年各大品牌每一季的市占率统计。从2010年到2018年9个年头，Samsung一直是领域中的龙头，虽然市占率起起伏伏，最低市占落在2014年第4季的27.9%，但总的来说，Samsung在NAND Flash的市占率一直领先，从未被第2位的Toshiba超越过。

其中值得注意是，虽然WDC (Western Digital，威腾电子)于2016年5月份才正式以160亿美元完成收购SanDisk，但其于2013年第4季已以WD品牌推出NAND Flash产品。事实上从2013年年初开始，WDC已先后收购了STEC、Velobit、Virident 及Skyera 几家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第一次上榜时，Toshiba（东芝）的市占即掉了10%，从第3季的28.9％掉到第4季的19.9%（不过，Toshiba与WDC是同一阵营，因此品牌占比分配也许是一种策略考量）。

图1.全球NAND Flash厂商2010至2018年每一季度之市场占比统计

资料来源：© Statista 2019

3D NAND 快闪记忆体发展迅速 5年内迈入128层

继2015年Samsung推出32层堆层的3D V-NAND之后，2016年市场便很热闹，除了SK Hynix推出了36层的3D NAND V2、Micron/Intel也推出了32层的3D NAND，而Toshiba/ SanDisk甚至进一步推出了48层的产品。2017是64层的备战年，包括Samsung、Micron/Intel、以及Toshiba/WD等三大阵营均推出了64层堆层的产品；而SK Hynix则是继36层V2 3D NAND后推出48层的V3 3D NAND。除此之外，2017年比较值得关注的是中国厂商长江存储(YMTC)的3D NAND也已研发完成。迈入2018年，前述三大阵营的64层3D NAND产品、及SK Hynix的72层的V4 3D NAND产品均同时进入量产阶段。而同年，最触目的消息莫过于长江存储于8月7日于美国加州举行的Flash Memory Summit中正式发表其Xtacking TM技术的3D NAND，并预计2019年量产32层的产品；可以说是朝「中国芯」的目标迈进一大步。

图2.主要记忆体厂商之NAND快闪记忆体技术路径图 图片来源：TechInsights；© 2018. TechInsightsInc.

迈入2019年，3D NAND的堆层数是否会再创新高呢？答案是肯定的。其实主要NAND Flash大厂在2018年已经相继推出其96层NAND Flash的样品(Sample)，当然，下一步就是朝128层迈进。从图2主要NAND记忆体大厂的技术路径图即可得知，虽然2019年的主战场是96层的3D NAND产品，但预计128层的前哨战在下半年即会开打。

除了堆层数之外，新的堆叠技术推陈出新也是近年NAND记忆体产品的一大亮点，像是Intel / Micron阵营的Multi-stack 3D NAND、SK Hynix的4D NAND、以及长江存储的Xtacking TM。长江存储指出，采用Xtacking TM技术可以在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路，而这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑制程，可使NAND获取更高的I/O接口速度和更多的操作功能。长江存储目前已成功将Xtacking TM技术应用于其第二代3D NAND产品的开发，产品预计2019年即可进入量产阶段。

很多人会好奇像3D NAND这种堆叠式的记忆体最终可以堆到多高？有时候推动技术发展的可能不仅是记忆体厂商，更积极的可能是半导体设备厂商。在探讨堆叠式记忆体的专利申请现况时，即不难发现有不少半导体设备厂参与其中。其中，Applied Materials（应用材料）最为积极，甚至开辟了一个3D NAND的部落格。来发表相关技术文章。

Applied Materials曾于去年5月举行的IMW (International Memory Workshop) 中表示，3D NAND Flash的堆层数于2021年可望超过140层，但堆层数屡创新高的同时，每一堆层的厚度也会变薄，让晶片尺寸变更小；另一方面，晶片容量却是大幅提升，实现了「die size ↓，capacity ↑」的目标。

专利申请趋势

虽然Samsung于2105年才正式量产32层3D V-NAND的厂商，也算是第一家量产3D NAND的厂商，但针对3D 堆叠式记忆体产品的专利布局，其实早在10年前就展开。根据LexInnova一份于2015年出刊的报告「3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis」，其实从1995年已开始有厂商在这方面申请专利，着手布局，但从1995年至2005年专利申请数成长相当缓慢，直到2006年由于SanDisk提升了在这个领域的专利申请量，因此专利申请数一下子从2005年的99件翻倍到2006年的198件。接下来因2006年至2010年遇上经济衰退危机，影响所及，专利申请量并没有明显成长。经过了2008年的金融风暴，2010年可以说是谷底了。由于各大记忆体厂商在经济不景气的时候仍积极研发，加上3D 堆叠式记忆体的技术开始成熟， 因此2011～2013年专利申请量急遽提升，从175件上升至283件。此外，由于LexInnova报告于2015年制作时有许多于2013及2014年申请的专利尚未公开，因此2014的专利申请量呈急遽下降状态。

图3. 3D堆叠式记忆体专利申请趋势

资料来源：3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis；© 2015 LexInnova

图4是2015年时3D堆叠式记忆体专利排行前面的专利权人及其专利数量，Sandisk于3D记忆体IC的专利数量明显超越其他记忆体厂商。其中，***半导体厂商旺宏电子在2015年已经是前4大的专利权人，显示其在3D堆叠式记忆体产品的专利布局已耕耘了很久。话说去年(2018)10月，美国国际贸易委员会（ITC）判定Toshiba侵害旺宏（Macronix）专利确定，Toshiba须支付旺宏4,000 万美元和解金，并交互授权各自30 项专利，由此可见旺宏虽然在3D NAND Flash的市占不高，但其对技术的专利保护却是做得相当好。

图4. 3D堆叠式记忆体专利权人排行(2015年)

资料来源：3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis；© 2015 LexInnova

LexInnova的报告是在2015年出版的，报告中大部分数据停留在2014。事实上从2015~2018，这4年间堆叠式记忆体领域发生了不少大事，包括SanDisk被Western Digital并购、中国政府加大力度投资半导体产业、Intel宣布与Micron分道扬镳，各自发展3D NAND产品及技术等等。

图5是3D NAND Flash在2018年专利数量及专利权人分布状态，虽然Sandisk已被WD收购，但显然专利权人并没有变更，在2016年前申请的专利申请人或是专利权人仍是Sandisk。从图5可见，在前8大堆叠式记忆体厂商中，美、日、韩厂商的专利数最多；如果单就3D NAND的部分，SanDisk/Western Digital、Samsung及Toshiba三大阵营即占了全部3D NAND的专利超过65%；因此这三大阵营透过交互授权，掌握了大部分3D NAND的关键技术。不过，值得注意的是，除了旺宏电子持续在这一块耕耘布局外，中国厂商的崛起也是不容忽视。现在不管是在中国国知局或是USPTO，用“3D NAND”或是“Stacked Memory”去搜索Title或是Abstract，都可以找到不少中国厂商刚公开的专利申请。

图5. 3D堆叠式记忆体专利权人排行(2018年) 

资料来源：各大专利局；制表：李淑莲，2019/1/22