三星公司在3D NAND存储领域的后发赶超策略解析

日期：2017-06-05 来源：专利分析运用智库作者：SIPO研究中心二处浏览量：

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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）
组成：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

中国是目前存储器领域最大消费市场国，但市场上却并没有3D NAND自主品牌支撑。当下正是NAND Flash技术从2D到3D的关键转折期，我国在3D NAND这一新技术上尚与国际强手处在同一起跑线上。国家颁布了一系列利好政策予以扶持，同时国内芯片厂商也开始纷纷加大对3D NAND的产业投入。2016年3月28日，一项总投资高达240亿美元的存储器基地项目在武汉正式启动。在这样的时代背景之下，国内企业该如何抓住机会，实现技术自主、获取市场话语权显得分外重要。本文解析了三星公司在3D NAND领域的后发赶超策略，以期能为国内相关行业企业提供一些借鉴思考。

引言

众所周知，在存储器行业，东芝最早提出了FLASH概念，但目前市场占有率最大的却是韩国三星。对于3D NAND存储技术，同样是东芝最先提出垂直沟道的3D NAND架构并抢占了基础架构专利，但又是三星率先研发出了3D NAND产品，并且在2013年就成功实现量产（2015年8月已开始批量生产业内首款256Gb 48层的3D V-NAND闪存）。

在存储技术领域，三星公司能够后来居上，超越东芝，成为领军企业中目前唯一能够量产3D NAND的企业，靠的是三星雄厚的研发资金投入、海量而全面的专利储备与明确的布局市场、强大的创新人才团队以及严密而又及时的专利技术布局特点。

1. 三星公司资金投入体量最大，NAND市场占有率居世界首位

在3D NAND存储器领域，由于研发和生产均需投入大量资金，因此资金雄厚的公司才能处于有利地位。从2009年到2016年NAND存储器领域的领军企业在NAND领域的资金投入情况来看，以三星公司投入资金的体量最大。自2009年到2016年的8年间，三星公司累计在NAND领域投入264亿美金，如表1所示。其大手笔的资金投入快速推动了三星公司的创新研发进程，从而也为三星抢占行业垄断地位奠定了坚实的基础。数据显示，2015年三星在NAND闪存领域的市场占有率已达到38.5%，居世界首位。

表1 全球领军企业在NAND领域的资金投入情况

2. 三星公司在全球的专利申请量最多，专利布局区域集中在美国和韩国，在中国的布局量有明显提升

在3D NAND存储器领域全球专利申请中，三星公司是目前申请量最大的企业（见图1）。2007年以来，三星公司的专利申请布局策略一直是：将其存储器主要市场所在地作为为专利布局首选地。因此其专利申请布局区域更多的集中在美国和韩国本土；随着近年来中国逐渐成为全球最大的NAND Flash市场，三星也开始逐渐重视在中国进行专利技术布局，图1显示其在华专利申请量近几年有明显提升。

图1 全球3D NAND专利申请人排名及三星公司专利布局区域分布

3. 三星公司的发明人团队强大，专利技术布局全面而又重点突出

在全球主要3D NAND型存储器领军企业中，三星公司的发明人数量以东芝的两倍之多而稳居第一（图2）；且三星的3D NAND发明人覆盖了全部主要技术环节（图3）。三星公司以半导体结构及制造技术为重点研发创新方向，超过半数（484人）的发明人集中在该领域；另有三分之一以上（229人）的发明人主攻存储器操作方法；此外另有少部分（91人）发明人兼顾接口和外围电路中技术。

图2 全球3D NAND型存储器领军企业发明人数量

图3 三星公司3D NAND发明人情况

从图4可以看出，在3D NAND存储器领域，半导体结构与制造技术是全球专利布局关注的热点，与此同时三星公司也着力加大在半导体结构与制造技术环节的研发创新力量与专利布局力度，打造出从技术上全面布局而又重点突破的专利布局态势。

图4（a）全球3D NAND专利申请主要技术分布（b）三星公司3D NAND专利申请主要技术分布

4. 三星公司在3D NAND领域主流专利技术储备充分，TCAT架构与东芝并驾齐驱

全球3D NAND领域专利申请所属主流架构的分析（图5）显示，P-BICS架构与TCAT架构的专利申请总量最大、专利申请增长速度最快，是目前世界上最主要的两种3DNAND存储器架构。其中，P-BICS架构为东芝公司率先研发，并进行了一系列专利布局申请，属于3D NAND领域的基础专利。

图5 全球3D NAND主流架构的专利申请趋势

在无法绕开东芝基础专利的情况下，三星公司选择了一条基础架构进行规避改进和持续创新的发展道路，最终于2009年研发形成了TCAT架构。围绕该架构，三星公司进行了较周密的专利布局，针对架构相关技术节点部署了122件全球专利申请，以支撑自己的产品市场。此后，三星公司集中力量投入其TCAT技术架构的多个3D架构的研发，进行了充足的专利技术储备（如表2所示）。可以说，三星公司的TCAT架构是目前唯一能与东芝公司的P-BICS架构并驾齐驱的世界主流3D NAND架构。

表2 三星公司TCAT架构专利布局的年度分布

5. 三星公司着力抢占关键技术节点进行专利布局，赶超东芝，率先实现产品量产

面对东芝的基础专利布局障碍，在已经失掉最核心的垂直沟道基础专利的情况下，三星公司进行了连续的改进创新，从核心专利层，到次核心专利层，再到外围较重要专利层，三星采取了一系列的替代、抢占策略，形成了自己的独有专利竞争技术分布特点（如图6所示）。

在核心技术层，三星公司创造性地研发出P-BICS架构的可替代架构——TCAT架构（KR1020070113535）。在次核心技术层级上，三星公司先是抢占了内部填充绝缘层的通心粉沟道基础专利（KR1020080133714）；接着，在次核心技术的关键节点——存储单元结构上，尽管两家企业都采用了电荷捕获的存储单元结构，但三星公司创新性地采用金属作为控制栅极，提出了存储单元结构核心专利（KR1020080137864）。在外围技术层级的重要技术节点上，三星又抢先布局了阶梯区互连接触的重点专利（KR1020080133714、KR1020090019268）；另外，为了提高存储密度，三星在2014年开始大量申请将包括页缓冲器的外围逻辑电路制作于阵列下方的专利（如KR1020140048124、KR1020140061018、KR1020140146296等），为推向市场的产品提供了强有力的专利支撑。

图6 三星与东芝在重要节点上的专利竞争态势

可见，虽然最核心的基础架构专利已经被东芝抢占，但三星公司通过及时、连续地抢占核心及后级技术层级关键技术节点，弥补了前级技术层级的专利短板，从而最终实现了对东芝的超越。三星公司借助在技术和专利上的有效积累，率先实现3D NAND存储器的量产，成为目前世界上3D NAND领域优势企业中唯一实现量产的企业。

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