大陸存儲器 53 年發(fā)展史

本文中的存儲器包括 DRAM、SRAM、EPROM、Flash 和新型存儲器（MRAM、PRAM、RRAM）產(chǎn)品。
 
1966 年，IBM 公司托馬斯·沃森研究中心（Thomas Watson Research Center）的研究人員時年 34 歲的羅伯特·登納德（Robert Dennard）博士提出了用金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管，來制作存儲器芯片的設(shè)想，同年研發(fā)成功 1T/1C 結(jié)構(gòu)（一個晶體管加一個電容）的 DRAM，并在 1968 年獲得專利。1968 年仙童半導(dǎo)體（Fairchild）推出首個 DRAM，其字節(jié)只有 256bit；1969 年先進(jìn)內(nèi)存系統(tǒng)公司（Advanced Memory System Inc.）正式推出首款 1K DRAM；1970 年英特爾推出首款可大規(guī)模生產(chǎn)的 1K DRAM 芯片 C1103，使得 1bit 只要 1 美分，從此開創(chuàng)了 DRAM 時代。
 
1984 年東芝公司工程師舛岡富士雄（Fujio Masuoka）首先提出了快速閃存存儲器（Flash Memory）的概念，未得到東芝及日本社會的重視。英特爾看到了快速閃存存儲器的潛力，與東芝簽訂了交叉授權(quán)許可協(xié)議，改良了舛岡富士雄發(fā)明的技術(shù)，在 1988 年成功實(shí)現(xiàn) NOR 批量生產(chǎn)和低價格；舛岡富士雄在 1987 年再次提出 NAND 的概念，僅 3 年時間就獲得成功，1994 年東芝將 NAND 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2015 年開始從 2D NAND 進(jìn)入 3D NAND 時代。
 
50 多年的發(fā)展歷程，存儲市場可謂是腥風(fēng)血雨，全球存儲器玩家由上百家到今天的寡頭局面，只剩下東芝、三星、SK 海力士、美光、英特爾等五個大人和華邦、華亞、旺宏等幾個小孩。
 
2016 年是中國大陸存儲器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年，晉華集成、合肥長鑫和長江存儲分別成立于 2 月 26 日、6 月 13 日、7 月 26 日，短短 5 個月，中國大陸三大存儲器公司相繼成立。
 
而 2019 年可謂是中國大陸公司全面進(jìn)軍存儲器市場的元年。首先是長江存儲 32 層 3D NAND Flash 進(jìn)入量產(chǎn)階段，接著在 9 月 2 日宣布 64 層 3D NAND Flash 投產(chǎn)；然后是 9 月 20 日合肥長鑫宣布中國大陸第一座 12 英寸 DRAM 工廠投產(chǎn)，并宣布首個 19 納米工藝制造的 8Gb DDR4。
 
三年時間，中國相繼攻克了 3D NAND Flash 和 DRAM 技術(shù)，中國大陸解決了存儲器有無的問題；下一步要解決就是良率的提升以及產(chǎn)能爬坡的問題，要注意性能指標(biāo)和良率的關(guān)系；還有就是要解決下一代技術(shù)的研發(fā)問題。
 
下面我們一起來回顧中國大陸存儲器產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程。
 
1956 年是中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的關(guān)鍵一年。1 月，中央提出“向科學(xué)進(jìn)軍”的口號。在周恩來總理親自主持制定的 1956-1967 年十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃中，把半導(dǎo)體、計算機(jī)、自動化和電子學(xué)這四個在國際上發(fā)展迅速而國內(nèi)急需發(fā)展的高新技術(shù)列為四大緊急措施。在“重點(diǎn)發(fā)展、迎頭趕上”和“以任務(wù)帶學(xué)科”的方針指引下，中國的知識分子、技術(shù)人員在海外回國的一批半導(dǎo)體學(xué)者帶領(lǐng)下，憑藉知識和實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到實(shí)驗(yàn)性工廠和生產(chǎn)性工廠，在外界封鎖的環(huán)境下，從零開始建立起自己的半導(dǎo)體行業(yè)。
 
1958 年 7 月，成功拉制成我國第一根硅單晶，并在此基礎(chǔ)上，提高材料質(zhì)量和改進(jìn)技術(shù)工藝，于 1959 年實(shí)現(xiàn)了硅單晶的實(shí)用化。
 
1958 年 8 月，為研制高技術(shù)專用 109 計算機(jī)，我國第一個半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠成立，命名為“109 廠”，作為高技術(shù)半導(dǎo)體器件和集成電路研制生產(chǎn)中試廠。1963 年制造出國產(chǎn)硅平面型晶體管。1966 年 109 廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作，研制成功我國第一臺 65 型接觸式光刻機(jī)，由上海無線電專用設(shè)備廠進(jìn)行生產(chǎn)并向全國推廣。1969 年 109 廠與丹東精密儀器廠協(xié)作，研制成功全自動步進(jìn)重復(fù)照相機(jī)，套刻精度達(dá) 3 微米，后由北京 700 廠批量生產(chǎn)并向全國推廣。
 
隨著研究的深入，我國逐步在外延工藝，光刻技術(shù)等領(lǐng)域取得了進(jìn)展，打下了我國硅集成電路研究的基礎(chǔ)。
 
1975 年，北京大學(xué)物理系半導(dǎo)體研究小組完成硅柵 NMOS、硅柵 PMOS、鋁柵 NMOS 三種技術(shù)方案，在 109 廠采用硅柵 NMOS 技術(shù)，試制出中國大陸第一塊 1K DRAM，比美國、日本要晚五年。
 
1978 年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所成功研制 4K DRAM，1979 年在 109 廠成功投產(chǎn)，平均成品率達(dá) 28%。
 
1980 年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所成功研制 16K DRAM，1981 年在 109 廠成功投產(chǎn)。
 
1985 年，中國科學(xué)院微電子中心成功研制 64K DRAM，當(dāng)年在江南無線電器材廠（742 廠）成功投產(chǎn)。
 
1990 年 11 月，清華大學(xué)李志堅院士研制成功具有我國獨(dú)立自主版權(quán)、在性能指標(biāo)上達(dá)到世界先進(jìn)水平的 1 兆位漢字只讀存儲器（1M ROM）芯片，突破國外對先進(jìn)科技的禁運(yùn)，滿足國家的戰(zhàn)略需求。1 兆位漢字只讀存儲器芯片就是用點(diǎn)陣技術(shù)描述一個漢字，再由兩個芯片形成一級漢字庫，這樣會加快運(yùn)算速度，這個成果后來推廣到了無錫華晶。
 
1993 年，無錫華晶采用 2.5 微米工藝制造出中國大陸第一塊 256K DRAM。
 
在 1990 年代，NEC 在中國大陸成立了兩家合資公司生產(chǎn) DRAM。NEC 在中國的兩大 DRAM 合資項目最終雖然以失敗告終，但是為中國培養(yǎng)了第一批半導(dǎo)體存儲器制造人才。
 
1991 年，NEC 和首鋼合資成立了首鋼 NEC，1995 年開始采用 6 英寸 1.2 微米工藝生產(chǎn) 4M DRAM（后來升級到 16M），不過在經(jīng)歷了 1997 年 DRAM 全球大跌價的“劫難”后，首鋼 NEC 便一蹶不振，陷入虧損境地，在 2000 年的增資擴(kuò)股中，NEC 獲得了 50.3%的控股權(quán)，淪為 NEC 在海外的一個代工基地，退出了 DRAM 產(chǎn)業(yè)。
 
1997 年，NEC 和華虹集團(tuán)合資成立華虹 NEC，1999 年 9 月開始采用 8 英寸 0.35 微米工藝技術(shù)生產(chǎn)當(dāng)時主流的 64M DRAM 內(nèi)存芯片，但在 2001 年后隨著 NEC 退出 DRAM 市場，華虹開始轉(zhuǎn)型，于 2004 年開始晶圓代工，退出了 DRAM 產(chǎn)業(yè)。
 
進(jìn)入 21 世紀(jì)，中芯國際 2004 年在北京建設(shè)中國大陸第一座 12 英寸晶圓廠（Fab4），2006 年大規(guī)模量產(chǎn) 80 納米工藝，為奇夢達(dá)、爾必達(dá)代工生產(chǎn) DRAM。2008 年由于中芯國際業(yè)務(wù)調(diào)整，退出了 DRAM 存儲器業(yè)務(wù)。到此中國大陸企業(yè)完全退出了 DRAM 存儲器制造業(yè)務(wù)。
 
2003 年，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠團(tuán)隊率先在國內(nèi)開展相變存儲器的研發(fā)。
 
2004 年，中國科學(xué)院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊率先開展阻變存儲器（RRAM）的研究。
 
2006 年，海力士與意法半導(dǎo)體合資的 8 英寸和 12 英寸產(chǎn)線正式投產(chǎn) DRAM，目前已經(jīng)成為 SK 海力士在全球最大的 DRAM 生產(chǎn)基地。SK 海力士無錫基地為中國存儲產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了一批制造人才。
 
2005 年，兆易創(chuàng)新成立，初期以 SRAM 起家；2008 年 12 月 180 納米 3.0V SPI NOR Flash 量產(chǎn)；2009 年 11 月 130 納米 3.0V SPI NOR Flash 量產(chǎn)；2011 年 2 月 90 納米 3.0V SPI NOR Flash 量產(chǎn)；2011 年 6 月 90 納米 1.8V SPI NOR Flash 量產(chǎn)，進(jìn)入手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈；2013 年 4 月 65 納米 1.8V SPI NOR Flash 量產(chǎn)。兆易創(chuàng)新在 NDNA 方面也早已開始布局，2013 年 3 月全球首顆 SPI NAND Flash 量產(chǎn)，采用 WSON8 封裝。目前，兆易創(chuàng)新 NOR Flash 在開發(fā)的有 55 納米、45 納米，而 NAND 也在從 38 納米推向 24 納米。
 
2006 年，中國科學(xué)院物理研究所韓秀峰研究組完成的“新型磁隨機(jī)存取存儲器（MRAM）原理型器件”通過了中科院的鑒定。
 
2006 年，武漢新芯成立，最初決定生產(chǎn) DRAM，孰料工廠還未完工，就遭遇全球 DRAM 價格崩盤。于是果斷轉(zhuǎn)向 NOR 閃存產(chǎn)品。2008 年 9 月，武漢新芯牽手飛索半導(dǎo)體（Spansion），其后飛索半導(dǎo)體向武漢新芯轉(zhuǎn)移 65nm、43nm、32nm 相關(guān)生產(chǎn)工藝及技術(shù)，武漢新芯成為飛索半導(dǎo)體的重要生產(chǎn)基地，為其提供 NOR Flash 產(chǎn)品代工。
 
2006 年，鎮(zhèn)江隆智成立，從事 NOR 閃存立品研發(fā)，2012 年并入飛索。其團(tuán)隊離開后，成立了眾多 NOR 閃存公司，包括博觀、芯澤、恒爍、博雅和豆萁。
 
2009 年，浪潮集團(tuán)收購德國奇夢達(dá)西安設(shè)計公司成立西安華芯，保住了一個從事 DRAM 設(shè)計十年以上的工程師團(tuán)隊，現(xiàn)在是紫光存儲的子公司。該團(tuán)隊擁有從產(chǎn)品立項、指標(biāo)定義、電路設(shè)計、版圖設(shè)計到硅片、顆粒、內(nèi)存條測試及售前售后技術(shù)支持等全方位技術(shù)積累，所開發(fā) DRAM 產(chǎn)品的工藝技術(shù)包括從 110nm、90nm、80nm 和 70nm 的溝槽技術(shù)到 65nm、46nm、45nm、38 nm 和 25nm 的疊層工藝技術(shù)，疊層工藝技術(shù)均為代工生產(chǎn)。同時公司進(jìn)行了 38 nm 和 24nm NAND 產(chǎn)品開發(fā)。
 
2011 年，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宋志棠研究組研制成功我國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相變存儲器（PCRAM）芯片，存儲容量為 8Mb。并實(shí)現(xiàn)了相變材料制備工藝與中芯國際標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝的無縫對接，使我國的相變存儲器芯片研發(fā)條件達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
 
2014 年，中國科學(xué)院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊電荷俘獲存儲器相關(guān)技術(shù)和專利轉(zhuǎn)移到武漢新芯進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
 
2014 年，武漢新芯與賽普拉斯（Cypress）組建了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊，開始了 3D NAND 項目的研發(fā)工作。2015 年 5 月 11 日，宣布其 3D NAND 項目研發(fā)取得突破性進(jìn)展，第一個存儲測試芯片通過存儲器功能的電學(xué)驗(yàn)證。
 
2015 年 8 月，武岳峰創(chuàng)投收購美商存儲 IC 設(shè)計公司矽成（ISSI），矽成主要致力于 95 納米與 65 納米利基型 DRAM 產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)，是存儲芯片國產(chǎn)替代進(jìn)程中競爭力較強(qiáng)的企業(yè)。即將并入北京君正。
 
2015 年底，中芯國際和中國科學(xué)院微電子研究所達(dá)成合作開發(fā)嵌入式 RRAM 技術(shù)戰(zhàn)略合作，雙方基于中芯國際 28 納米 PolySiON 及高介電常數(shù)金屬閘極（HKMG）制造平臺，合力開發(fā)嵌入式 RRAM 成套工藝以及面向嵌入式應(yīng)用的系列模型、電路等 IP 解決方案，以應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備以及工業(yè)電子等日益增長的市場需求。2017 年在中芯國際 28nm 平臺上完成了工藝流程的開發(fā)與驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計實(shí)現(xiàn)了規(guī)模為 1Mb 的測試芯片。
 
2016 年，武漢新芯和中國科學(xué)院微電子研究所聯(lián)合研發(fā)完成測試芯片的設(shè)計并順利實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首款具有完整讀寫功能的大容量產(chǎn)品級三維存儲（3D NAND）測試芯片的成功流片，標(biāo)志著我國首次自主研發(fā)的三維存儲器芯片原型設(shè)計得到成功驗(yàn)證；2017 年國內(nèi)首款具有完整讀寫功能的大容量產(chǎn)品級三維存儲（3D NAND）成功流片并通過測試，芯片性能達(dá)到當(dāng)前業(yè)界主流指標(biāo)。
 
2016 年 2 月 26 日，晉華集成由福建省電子信息集團(tuán)、及泉州、晉江兩級政府共同出資設(shè)立，初期晉華集成與聯(lián)電開展技術(shù)合作，專注于 DRAM 領(lǐng)域。
 
2016 年 6 月 13 日，合肥長鑫由合肥產(chǎn)投牽頭成立，主攻 DRAM 方向。
 
2016 年 7 月 26 日，長江存儲成立，首個 NAND Flash 生產(chǎn)線在武漢建設(shè)，一期投資 240 億美元，一號廠房于 2017 年 9 月封頂。
 
2017 年，中國科學(xué)院微電子研究所與北京航空航天大學(xué)聯(lián)合成功制備國內(nèi)首個 80 納米自旋轉(zhuǎn)磁隨機(jī)存儲器芯片（STT-MRAM）器件，對我國存儲器產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突破形成了具有實(shí)際意義的推動作用。
 
2018 年，兆易創(chuàng)新和 Rambus 宣布合作建立合資企業(yè)合肥?？疲≧eliance Memory），進(jìn)行 RRAM 技術(shù)的商業(yè)化。
 
2018 年 4 月 11 日，長江存儲開始搬入機(jī)臺設(shè)備，在同日舉行的“2018 供應(yīng)商大會”上宣布，32 層 3D NAND 芯片已經(jīng)接獲首筆訂單，數(shù)量達(dá) 10776 顆芯片，將應(yīng)用在 8Gb USD 卡上；2018 年 4 季度量產(chǎn) 32 層 3D 64Gb NAND Flash。
 
2018 年，合肥長鑫建成中國大陸第一座 12 英寸 DRAM 生產(chǎn)廠，7 月 16 日，進(jìn)行了控片投片總結(jié)會，并宣布正式投產(chǎn)電性片。合肥長鑫是我國三大存儲器項目第一個宣布投片的項目。
 
2018 年 8 月，長江存儲在 FMS2018 會議上展示了名為 Xtacking 的 3D NAND 堆疊技術(shù)，使得 3D NANDFlash 具備 I/O 高性能以及更高的存儲密度。

2018 年，晉華集成廠房完成建設(shè)和部分設(shè)備機(jī)臺入廠，但由于和美光的訴訟，10 月遭遇美國制裁，現(xiàn)在處于維持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2019 年 8 月，時代芯存宣布發(fā)布首顆基于相變材料的 2Mb EEPROM 產(chǎn)品“溥元 611”。
 
2019 年 9 月 2 日，長江存儲宣布 64 層 256Gb TLC 3D NAND Flash 投產(chǎn)。
 
2019 年 9 月 20 日，合肥長鑫宣布正式投產(chǎn)。在短短的三年內(nèi)，合肥長鑫在元件、光罩、設(shè)計、制造和測試領(lǐng)域都積累了許多的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。除了自主研發(fā)外，合肥長鑫也積極貫徹穩(wěn)健的技術(shù)合作路線，強(qiáng)調(diào)技術(shù)來源的合法合規(guī)以及合作互利共贏。通過與擁有深厚技術(shù)積累的奇夢達(dá)合作，在合規(guī)輸入技術(shù)的基礎(chǔ)上建立了嚴(yán)謹(jǐn)合規(guī)的研發(fā)體系，并結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)設(shè)備完成了大幅度的工藝改進(jìn)。目前公司采用 19 納米的 8Gb DDR4 已經(jīng)投產(chǎn)，第四季 8Gb LPDDR4/4X 也將正式投產(chǎn)。