面对外界技术封锁,长江存储首席科学家霍宗亮在北大毕业典礼上掷地有声:我们让三维闪存芯片技术从无到有、从落后到赶超-5

2015年底的武汉光博会上,一款仅有9层存储结构的芯片静静躺在展柜中-10。而在同期,国际存储巨头已经开始研发64层堆叠技术。当时没有人会想到,在接下来的十年里,中国的3D NAND技术将完成从技术荒漠到国际竞争的惊人跨越

到2025年,长江存储宣布成功自主研发并小规模量产超过200层的3D NAND闪存芯片-2,更凭借创新的Xtacking 4.0技术,实现267层3D NAND TLC芯片的规模化量产-4


01 艰难起步

国产3D NAND技术的起源可以追溯到中国科学院微电子所与武汉新芯的合作。2015年12月,他们联合研发的首款具备9层存储结构的三维存储器件在武汉光博会亮相-10

这款芯片虽然层数不多,但意义非凡——它标志着我国首次自主研发的产品级三维存储器工艺流程顺利贯通。

当时国际上三星、东芝等公司已经在3D NAND技术上投入多年,而中国才刚刚迈出第一步。微电子所的科研人员承担了工艺流程设计、关键工艺模块开发、存储器测试芯片设计等重要任务。

测试结果显示,该款芯片实现了预期的数据存取功能。这个突破如同一颗种子,在随后的几年里,逐渐生根发芽,成长为中国存储产业的参天大树。

02 技术拐点

2016年7月,长江存储正式成立-8。这家企业的诞生,为国产3D NAND技术来源注入了新的活力。说实话,当时外界并不看好这个新生儿,毕竟存储芯片领域技术壁垒高、投资巨大、回报周期长。

长江存储从一开始就选择了与众不同的技术路径。他们开发的晶栈(Xtacking)架构,采用独特的“阵列-逻辑分离”设计-4

这就像建房子时,先把结构框架和内部装修分开完成,然后再完美结合,既提高了效率,又优化了性能。

你猜怎么着?这个创新还真让他们走出一条不一样的路。2017年10月,长江存储通过自主研发和国际合作相结合的方式,成功设计制造了中国首款3D NAND闪存-5

两年后的2019年9月,搭载Xtacking架构的第二代产品正式量产-5

03 逆势突破

2022年底,长江存储被美国列入实体清单,无法获取先进的晶圆制造设备-9。很多人都担心这家刚起步的企业会就此止步。但他们没有停下脚步,反而加速推进国产3D NAND技术来源的自主化进程。

长江存储在武汉建设了一条仅采用中国制设备的试验线,预定2025年下半年试产-9。据外资报告显示,长江存储设备国产化率已达到了45%,领先中国平均值-9

深孔刻蚀是3D NAND制造中最关键的工艺之一。随着堆叠层数增加,需要在几微米厚的多层材料中垂直打通直径仅几十纳米的“电梯井”-6

北方华创在90:1高纵横比深孔刻蚀技术上取得重大进展,将有望支持300层以上3D NAND闪存的制造-6

04 架构创新

Xtacking架构的最新版本已经进化到4.0。在这一版本中,铜-铜直接键合的对准精度被提升至次微米级别-4

这一突破不仅优化了信号传输路径,还显著减薄了芯片厚度,为研发更高层数的NAND技术奠定了坚实基础-4

长江存储还创新性地引入了 “无阶梯式字线接触”结构,这一设计大幅降低了制程复杂度,还减少了边缘面积的浪费,为迈向300层以上的技术高峰铺平了道路-4

在最新的267层NAND芯片中,通过精细调控模厚工程与垂直通道孔设计,芯片通道孔数被设定为16个,垂直通道间距则精确控制在132纳米-4。这些技术细节上的突破,共同构成了国产3D NAND技术的核心竞争力。

05 应用拓展

国产3D NAND技术不仅存在于实验室和工厂里,它已经悄然进入我们生活的方方面面。从智能手机、平板电脑到数据中心与云计算,从计算机、服务器到汽车电子,3D NAND闪存的应用领域越来越广泛-2

在消费电子产品中,3D NAND闪存是智能手机和平板电脑的核心存储组件-2。随着5G手机的普及和AI功能的集成,3D NAND技术显著提升了应用加载速度和多任务处理能力。

在汽车行业,3D NAND闪存主要应用于自动驾驶辅助系统和车载信息娱乐系统-2。这些应用对高耐久性和高存储密度有着特殊需求,需要在极端温度下维持最佳性能。

长江存储旗下的零售存储品牌致态,旗下产品主要包括固态硬盘、移动固态硬盘及存储卡等,均采用基于Xtacking架构的原厂颗粒-8。这些产品已经进入消费市场,让普通用户也能体验到国产存储技术的进步。

06 未来挑战

尽管取得了显著进步,但国产3D NAND技术来源的未来仍面临诸多挑战。先进曝光设备仍仰赖进口,是量产瓶颈之一-9

同时,随着堆叠层数向300层以上迈进,混合键合精度、应力工程以及新型结构设计将成为行业竞争的关键所在-4

长江存储计划于2025年推出3D QLC X4-6080,并计划2026年量产量产2TB级3D TLC与QLC产品,接口速度最高达4800 MT/s-9

这些目标的实现,不仅需要技术创新,还需要产业链上下游的协同配合。


当长江存储宣布267层3D NAND闪存量产时-4,武汉那条曾展示9层芯片的生产线已迭代升级。从消费电子产品到数据中心,长江存储的3D NAND芯片正在全球市场悄然铺开-2

存储芯片的摩天大楼竞赛还在继续,中国工程师们已经在图纸上勾勒出300层以上的设计蓝图,而支撑这座高楼的核心设备,正加速换上“中国制造”的标签-6