东芝公司在3D NAND存储领域的专利布局策略解析

来源：三维NAND型存储器关键技术专利分析和预警课题（报告共七章，332页，19万字）
课题组成员：郭雯（负责人）、陈燕（负责人）、朱宁（组长）、孙全亮（组长）、骆素芳（副组长）、王强（副组长）、马克（副组长）、赵哲（副组长）、王海涛、张宇、邵磊、周飞、周俊、李俊楠、王瑞阳、邓鹏
执笔：王瑞阳
编辑：王瑞阳
单位：国家知识产权局知识产权发展研究中心
国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心

存储器是各种现代电子设备的核心器件之一，被誉为信息产业的“粮食”。存储芯片作为半导体行业的重点产品，是海量数据的载体。当前电子化、数据化程度越来越高，NAND Flash大容量、高速度、小体积、便携性、较高稳定性以及较低价格等优点使其一举超越其它闪存成为目前乃至未来一段时间统治信息存储领域的关键芯片。但随着NAND Flash纳米制程技术不断向下微缩，技术瓶颈越发凸显，各大厂商都将NAND Flash的研发方向转向三维NAND。

引言

东芝（Toshiba）是目前日本最大的半导体制造商，也是闪存技术的缔造者，于1989年最早研制出了NAND闪存。2007年，东芝在VLSI国际会议上发表了石破天惊的垂直沟道3D NAND技术，得到业界公司一致认可。随后，2009年各家企业纷纷推出自己的3D NAND结构。

虽然东芝公司最早提出3D NAND架构，并于2012年成功研发16层3D NAND实验品，但却迟迟未推出相关产品上市，导致其市场步伐落于三星之后。据悉，迫于三星的市场压力，东芝计划采用P-BiCS(Pipe-shaped Bit Cost Scalable)技术量产3D NAND产品，样品于2014年Q1送样，计划于2016年第二季度量产；且在2016年度至2018年度，东芝将大举投资半导体存储器，投资额将达8千亿日元。存储产品将是东芝今后最大主流业务。

那么，东芝公司在其3D NAND存储技术领域的专利储备和布局方面有哪些特点呢？本文将通过分析一一揭晓。

1. 东芝公司研发布局较早，具有一定的专利技术储备

早在2007年的VLSI国际会议上发表3D NAND技术之前，东芝就已经在相关领域开始了专利布局申请。特别是2007年东芝独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND以后，其专利申请量更是逐年上升，近几年维持在平均每年180件左右（见图1）。应该说，作为闪存技术的初始发明人，尽管东芝现在的市场份额和产能被三星超越，但其在3D NAND领域还是有相当的技术积累，实力也是比较雄厚的。

图1 东芝公司3D NAND全球专利申请趋势

图2显示了3D NAND技术的几种主流架构的专利申请趋势，从图中可以看出目前为止东芝公司的P-BICS架构的专利申请量最大；另外，BICS和VG-NAND这两种东芝早期的结构也有一定的专利申请。

图2 全球3D NAND主流架构专利申请趋势

2. 东芝公司全球专利申请量大，但依然稍逊于三星

从3D NAND存储器领域全球主要申请人排名来看（图3），尽管东芝公司1348件的申请量远远高于闪迪、海力士等存储企业，但还是落后于三星公司而屈居第二。

图3 全球3D NAND领域重点申请人排名

3. 东芝公司高度重视美国市场，在华申请量偏低

专利布局的地域分布在一定程度上反映了对目标市场的重视程度。东芝公司的全球专利申请布局区域情况（图4）显示：其对美国市场的重视程度远远大于除日本本土之外的其他国家市场。东芝在美国的申请量高达609件，占到其总申请量的45.2%；而在日本本土的申请量（485件，占总申请量的36.0%）也只能排在美国之后。

图4 东芝公司3D NAND领域全球专利布局区域

东芝公司的在华申请量微乎其微，只有51件；相比而言，包括三星公司在内的其他存储大厂（海力士、闪迪等）却显示出了对中国市场的充分重视（如图5所示）。这与东芝的近来的财务状况不无关系，同时也在一定程度上反映出其专利布局策略偏保守。

图5 3D NAND领域在华主要申请人排名（条形图中：红色为国内申请人，绿色为国外申请人）

4. 东芝公司发明人团队数量不及三星的一半，主攻半导体结构及制造方法技术领域

在全球主要3D NAND型存储器领军企业当中（图6），东芝公司的发明人团队数量也在三星之后，且不及三星的二分之一。在东芝公司所有317名发明人中，近90%（274人）都集中在半导体结构及制造方法技术领域，在操作方法、接口及外围电路两大技术分支配置的研发力量稍显单薄（表1）。

图6 3D NAND领域全球领军企业发明人数量

表1 东芝3D NAND技术发明人在各领域的分布数量 

图7更为明确地显示了东芝专利申请技术分布情况，可以看出，东芝的研发创新申请重心几乎都放在半导体结构及制造方法领域，而弱化其他两个技术分支的专利布局储备。

图7 东芝公司3D NAND专利申请年度分布情况

5. 东芝公司对其垂直沟道核心技术采取持续申请、多方位保护的策略

众所周知，3D NAND结构中唯一成功产业化的垂直沟道结构是由东芝率先提出的。东芝从2006年开始便申请了大量3D NAND垂直沟道的半导体结构及制造技术方向的专利（核心技术），随后从核心专利层的架构技术，到次核心专利层的沟道和存储单元技术，再到外围较重要专利层的字线位线、选择晶体管、阶梯区及外围电路等技术，东芝持续对其垂直沟道核心专利进行改进和创新，每年都会提出相当数量的专利申请（如图8所示）。

图8 东芝3D NAND半导体结构与制造技术专利布局演进情况
（a. 核心及次核心专利层；b. 外围较重要专利层）

2006年东芝率先抢占了垂直沟道架构的核心专利——BICS架构；随后，2007年，东芝在自身的BICS架构基础上，经过改进提出了P-BICS架构的基础专利。对于该重要专利，东芝采取了五局同步申请，在美国持续布局的策略：以JP2007320215A1作为优先权申请PCT国际申请并进入中国、韩国、中国台湾、美国等多个地区和国家；在日本，东芝在2012年进一步提出了分案申请并获得授权，以对该技术进行进一步保护；而在美国，东芝先后提出三次延续申请，并获得相应授权，从多个不同的角度对自己的P-BICS核心技术进行保护。