邁入2019年，NAND快閃記憶體確定會是記憶體產業的焦點，其中，又以3D 快閃記憶體的發展引起最多關注。如果要看3D快閃記憶體在2019年的發展，應該離不開兩個焦點：專利數和堆層數，而毫無疑問的，兩者都會屢創新高，越來越高；但，究竟會有多高？

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計。從2010年到2018年9個年頭，Samsung一直是領域中的龍頭，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)於2016年5月份才正式以160億美元完成收購SanDisk，但其於2013年第4季已以WD品牌推出NAND Flash產品。事實上從2013年年初開始，WDC已先後收購了 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，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計

資料來源：© Statista 2019

3D NAND 快閃記憶體發展迅速  5年內邁入128層

繼2015年Samsung推出32層堆層的3D V-NAND之後，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甚至進一步推出了48層的產品。2017是64層的備戰年，包括Samsung、Micron/Intel、以及Toshiba/WD等三大陣營均推出了64層堆層的產品；而SK Hynix則是繼36層V2 3D NAND後推出48層的V3 3D NAND。除此之外，2017年比較值得關注的是中國廠商長江存儲 (YMTC) 的3D NAND也已研發完成。邁入2018年，前述三大陣營的64層3D NAND產品、及SK Hynix的72層的V4 3D NAND產品均同時進入量產階段。而同年，最觸目的消息莫過於長江存儲於8月7日於美國加州舉行的Flash Memory Summit中正式發表其Xtacking^TM技術的3D NAND，並預計2019年量產32層的產品；可以說是朝「中國芯」的目標邁進一大步。

圖2. 主要記憶體廠商之NAND 快閃記憶體技術路徑圖

圖片來源：TechInsights；© 2018. TechInsightsInc.

邁入2019年，3D NAND的堆層數是否會再創新高呢？答案是肯定的。其實主要NAND Flash大廠在2018年已經相繼推出其96層NAND Flash的樣品 (Sample)，當然，下一步就是朝128層邁進。從圖2主要NAND記憶體大廠的技術路徑圖即可得知，雖然2019年的主戰場是96層的3D NAND產品，但預計128層的前哨戰在下半年即會開打。

除了堆層數之外，新的堆疊技術推陳出新也是近年NAND記憶體產品的一大亮點，像是Intel / Micron陣營的Multi-stack 3D NAND、SK Hynix的4D NAND、以及長江存儲的Xtacking^TM。長江存儲指出，採用Xtacking^TM技術可以在一片晶圓上獨立加工負責數據I/O及記憶單元操作的外圍電路，而這樣的加工方式有利於選擇合適的先進邏輯製程，可使NAND獲取更高的I/O接口速度和更多的操作功能。長江存儲目前已成功將Xtacking^TM技術應用於其第二代3D NAND産品的開發，産品預計2019年即可進入量産階段。

很多人會好奇像3D NAND這種堆疊式的記憶體最終可以堆到多高？有時候推動技術發展的可能不僅是記憶體廠商，更積極的可能是半導體設備廠商。在探討堆疊式記憶體的專利申請現況時，即不難發現有不少半導體設備廠參與其中。其中，Applied Materials（應用材料）最為積極，甚至開闢了一個3D NAND的部落格。來發表相關技術文章。

Applied Materials曾於去年5月舉行的IMW (International Memory Workshop) 中表示，3D NAND  Flash的堆層數於2021年可望超過140層，但堆層數屢創新高的同時，每一堆層的厚度也會變薄，讓晶片尺寸變更小；另一方面，晶片容量卻是大幅提升，實現了「die size ↓，capacity ↑」的目標。

專利申請趨勢

雖然Samsung於2105年才正式量產32層3D V-NAND的廠商，也算是第一家量產3D NAND的廠商，但針對3D 堆疊式記憶體產品的專利佈局，其實早在10年前就展開。根據LexInnova一份於2015年出刊的報告「3D Stacked Memory: Patent Landscape Analysis」，其實從1995年已開始有廠商在這方面申請專利，著手佈局，但從1995年至2005年專利申請數成長相當緩慢，直到2006年由於SanDisk提升了在這個領域的專利申請量，因此專利申請數一下子從2005年的99件翻倍到2006年的198件。接下來因2006年至2010年遇上經濟衰退危機，影響所及，專利申請量並沒有明顯成長。經過了2008年的金融風暴，2010年可以說是谷底了。由於各大記憶體廠商在經濟不景氣的時候仍積極研發，加上 3D 堆疊式記憶體的技術開始成熟， 因此2011～2013年專利申請量急遽提升，從175件上升至283件。此外，由於LexInnova報告於2015年製作時有許多於2013及2014年申請的專利尚未公開，因此2014的專利申請量呈急遽下降狀態。

圖3. 3D 堆疊式記憶體專利申請趨勢

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

圖4是2015年時3D堆疊式記憶體專利排行前面的專利權人及其專利數量，Sandisk於3D記憶體IC的專利數量明顯超越其他記憶體廠商。其中，台灣半導體廠商旺宏電子在2015年已經是前4大的專利權人，顯示其在3D堆疊式記憶體產品的專利佈局已耕耘了很久。話說去年 (2018)10月，美國國際貿易委員會（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，並交互授權各自 30 項專利，由此可見旺宏雖然在3D NAND Flash的市占不高，但其對技術的專利保護卻是做得相當好。

圖4. 3D 堆疊式記憶體專利權人排行 (2015年)

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

LexInnova的報告是在2015年出版的，報告中大部分數據停留在2014。事實上從2015~2018，這4年間堆疊式記憶體領域發生了不少大事，包括SanDisk被Western Digital併購、中國政府加大力度投資半導體產業、Intel宣佈與Micron分道揚鑣，各自發展3D NAND產品及技術等等。

圖5是3D NAND Flash在2018年專利數量及專利權人分佈狀態，雖然Sandisk已被WD收購，但顯然專利權人並沒有變更，在2016年前申請的專利申請人或是專利權人仍是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，掌握了大部分3D NAND的關鍵技術。

不過，值得注意的是，除了旺宏電子持續在這一塊耕耘佈局外，中國廠商的崛起也是不容忽視。現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。

圖5. 3D 堆疊式記憶體專利權人排行 (2018年)

資料來源：各大專利局；製表：李淑蓮，2019/1/22

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