技術領導地位
研發團隊之組織與投資
民國一百零四年，台積公司持續擴大研發規模。全年研發總預算約佔總營收之8%，此一研發投資規模不僅與眾多世界級一流科技公司相當，甚至超越了許多公司的規模。
有鑑於延續每兩年半導體運算能力增加一倍之摩爾定律所面臨的技術挑戰日趨複雜，台積公司研發組織的努力著重於讓台積公司持續提供給客戶領先的製程技術及設計解決方案，以協助客戶在今日充滿挑戰的市場環境中成功且快速地推出其產品。民國一百零四年研發組織成功克服這些挑戰，業界領先的16奈米鰭式場效電晶體強效版（16FF+）製程技術進入量產，此技術為首項採用三維鰭式場效電晶體之整合式技術平台。研發組織持續創新以維持技術領導地位，10奈米技術的開發符合進度，並於民國一百零五年第一季開始客戶產品設計定案，目前7奈米技術已進入全面開發階段，而5奈米技術的定義正在密集進行先期開發。
除了發展互補金屬氧化物半導體技術，台積公司並廣泛地對其他半導體技術進行研發，以提供客戶行動系統單晶片（SoC）產品及其他應用所需的功能。民國一百零四年完成的重點包括︰強化CoWoS® 技術以涵蓋面積大於1000毫米平方的尺寸、3D InFO技術完成全面驗證並進入量產、TSV封裝技術已進入大量生產、開發0.13微米雙極 - 互補金屬氧化半導體 - 雙重擴散金屬氧化半導體（BCD）技術於十二吋晶圓廠生產、55奈米嵌入式快閃記憶體技術增加射頻能力以支援物聯網的應用、650伏氮化鎵（GaN）功率電晶體技術完成生產驗證，以及完成支援面板驅動的55奈米高壓製程技術之驗證。
台積公司亦致力於維繫與外部重要研發夥伴的合作以及與世界級研發機構的聯盟，例如台積公司是歐洲知名半導體技術研發中心IMEC的核心合作夥伴，並持續贊助全球頂尖大學從事奈米技術研究，以推動創新及奈米電子技術的演進。台積公司已經在台灣成立四個聯合研發中心，包括國立台灣大學、國立交通大學、國立清華大學以及國立成功大學，這些研發中心的目標是期望更加了解先進矽製程技術量產所需的元件與材料。
民國一百零四年研究發展成果
研究發展組織卓越成果
● 10奈米製程技術
相較於前幾世代製程技術，10奈米製程將顯著地降低功耗並維持相同的晶片效能。民國一百零四年的研發著重於基礎製程制定、設計法則定樁、良率提升、電晶體效能改善以及製程與產品之可靠性評估。主要客戶與矽智財廠商已完成10奈米矽智財的驗證。10奈米FinFET製程技術，已於民國一百零五年第一季開始客戶產品設計定案。
● 7奈米製程技術
相較於10奈米製程技術，7奈米製程顯著地改善晶片密度及降低功耗並維持相同的晶片效能。民國一百零四年的研發著重於基礎製程制定、良率提升、電晶體及導線效能改善以及可靠性評估。7奈米製程技術預計於民國一百零五年持續進行全面開發，並於民國一百零六年進入試產。
● 微影技術
民國一百零四年微影技術研發的重點在於10奈米及7奈米技術的開發。在10奈米方面，主要的重點是持續改善疊對控制與顯像穩健性來為10奈米技術的驗證做準備。針對7奈米技術的開發，新的光阻材料及先進光罩技術已完成最佳化，進一步強化浸潤式製程的顯影與設計準則微縮。除此之外，台積公司將引進最新世代的浸潤式掃描曝光機，以滿足7奈米及更先進製程對於更緊密疊對控制與影像品質的要求。
民國一百零四年，極紫外光（EUV）專案在雷射功率及穩定度上取得大幅的進展。光源功率的穩定與改善得以加快先進技術的學習速度與製程開發。此外，極紫外光光阻製程、光罩保護膜及相關的光罩基板也都展現顯著的進步，極紫外光技術正逐步邁向全面研發及量產就緒以支援先進的製程技術。
● 光罩技術
光罩技術是先進微影技術中極為重要的一環．民國一百零四年，研發組織成功地完成了10奈米光罩技術的開發，並正將此技術移轉至光罩生產部門。同時，研發組織在極紫外光的光罩技術上亦取得了實質的進展，包括光罩基板缺陷的降低以及次10奈米世代微影使用的EUV光罩製作。
導線與封裝技術整合
● 三維積體電路（3D IC）
民國一百零四年，台積公司成功地完成整合型扇出-封裝內建封裝（InFO-PoP）先進封裝技術的驗證，該技術是一項非矽穿孔（non-TSV）且低成本的解決方案，支援行動產品的客戶，預計於民國一百零五年大規模量產。CoWoS® 技術持續擴展其應用範圍，從FPGA到網路以及高性能運算，且中介層（Interposer）尺寸也透過CoWoS-XL技術而擴展到超出全光罩尺寸。
● 先進封裝研究發展
台積公司提供了多樣的無鉛覆晶封裝技術以支援行動／手持式裝置應用。民國一百零四年，10奈米FinFET矽製程中超細間距銅凸塊的銅柱導線直連（Bump-on-Trace, BoT）封裝技術正在開發中，預計於民國一百零五年第二季完成驗證。民國一百零四年，一項具備低成本、創新且高度可靠性的雙光罩無凸塊底層金屬整合（2-mask UBM-free integration, UFI）扇入式晶圓級晶片尺寸封裝技術（Fan-in WLCSP）已量產5x5平方毫米尺寸晶粒，較大晶粒尺寸達7x7平方毫米的技術也通過驗證。
● 先進導線技術
民國一百零四年，台積公司持續聚焦在開發低銅電阻及低電容絕緣體的先進導線技術。針對7奈米製程技術，台積公司已經開發一種新的成像技術以及新的絕緣體結構，以有效減少線寬與間隔以及銅導線間的電容，同時也推出一種低損耗低介電材料來降低電容的影響。針對5奈米與更先進製程技術，台積公司已開發一種設計友善的先進成像技術，可以進一步微縮線寬與間隔，新的多微孔成像技術亦進一步改善微孔直徑的均勻度。另外，台積公司也展示一種具有優異可靠性之超細阻障低電阻金屬技術。
先進電晶體元件研究發展
電晶體結構及材料的創新已改善先進邏輯技術的速度並減低功耗。台積公司在電晶體的研究一直走在業界前端，著重於具有高遷移率通道材料的研究，例如鍺及三五族化合物半導體。台積公司在P型及N型通道鍺電晶體的紀錄，包括破紀錄的鍺電晶體效能，是民國一百零四年國際電子元件會議（International Electron Device Meeting, IEDM）的焦點之一。
特殊製程技術
台積公司提供多樣化的新製程技術以協助客戶廣泛解決各類產品的應用。
● 混合訊號／射頻技術
民國一百零四年，台積公司已成功開發10奈米矽智財及電磁模擬為基礎的LC振盪器設計解決方案，滿足高速SerDes電路設計的需求，此解決方案亦能協助電路設計人員縮短設計週期，並針對不同金屬層組合，提供LC振盪器元件及電路布局之全方位服務。台積公司也針對高品質電感（在700MHz條件下品質因子大於30）提供第二代整合被動元件解決方案，並提供高精準薄膜電阻以支援第四代LTE行動通訊標準的應用。為了在衰減率及雜訊阻絕上達到更佳的效能，台積公司進一步將0.18微米絕緣層覆矽製程技術之導通電阻與斷電容的乘積降至約130飛秒，支援手機╱Wi-Fi射頻切換器的應用，取代傳統化合物半導體製程解決方案成為較低成本的替代做法。
● 電源IC／雙極 - 互補金屬氧化半導體 - 雙重擴散金屬氧化半導體（BCD）技術
第三代0.18微米BCD技術採用台積公司專有的元件架構，在更低成本條件下增進世界領先的效能。行動電源管理IC能夠藉由此項技術以更高的功耗效益來滿足行動裝置日益升高的功耗需求。
● 面板驅動技術
40奈米高壓低功耗製程已具備量產能力，預計民國一百零五年第一季完成驗證，支援應用於高階手機的超級視網膜解析度（Super Retina）面板驅動晶片以及觸控面板驅動整合晶片，預計民國一百零五年第一季推出客戶產品設計定案。
● 微機電系統技術
民國一百零四年，台積公司完成模組化微機電系統製程（Modular MEMS）平台的驗證，以量產加速度計與試產高敏感度壓力感應器。未來計劃包含下一世代高敏感度薄型麥克風、微機電矽穿孔技術以及生物微機電產品應用。
● 氮化鎵半導體技術
台積公司是首家且唯一在六吋晶圓廠同時提供100伏及650伏氮化鎵半導體技術的專業積體電路製造服務廠商。民國一百零四年研發團隊完成了650伏高電子移動率電晶體（650V E-HEMT）的開發及量產驗證，適用於具有低導通電阻（Ron Resistance）及高崩潰電壓（High Breakdown Voltage）優勢的高功率、高頻率產品。
● 快閃記憶體／嵌入式快閃記憶體技術
台積公司在嵌入式快閃記憶體技術領域達成數項重要的里程碑。在較成熟的65奈米製程與55奈米製程方面，單一閘及分離閘（Split-gate）等反或閘式（NOR）技術已成功量產。40奈米分離閘技術已完成技術驗證，支援消費性電子產品的應用，例如物聯網及智慧卡，目前正在進行客戶產品驗證。支援28奈米低功耗與28奈米高效能行動運算製程平台的嵌入式快閃記憶體技術開發正在進行中，因應車用電子以及微控制器（MCU）等低漏電產品的應用。
技術平台
台積公司提供客戶具備完整設計基礎架構的先進技術平台，以達成令人滿意的生產力及生產週期，其中包括：電子設計自動化（EDA）設計流程、通過矽晶片驗證的元件資料庫及矽智財（IP），以及模擬與驗證用的設計套件，例如製程設計套件（PDK）及技術檔案。
10奈米FinFET製程的推出改善了設計架構，利用先進核心處理器驗證整合工具支援客戶採用10奈米FinFET技術（電子設計自動化工具驗證結果可於TSMC-Online取得）。此外，台積公司擴展其矽智財品質管理專案（TSMC9000），使得矽智財稽核得以在台積公司或其外部認證的實驗室進行。為了能夠結合台積公司開放創新平台生態系統的矽智財以協助客戶規劃新的產品設計定案，目前開放創新平台生態系統建立一個入口網站，連結客戶至一個擁有43個解決方案提供者的生態系統。
協助客戶開始設計
台積公司的技術平台提供了堅實的基礎，協助客戶實現設計，客戶得以直接透過台積公司內部開發的矽智財與工具，或其OIP夥伴擁有的矽智財與工具進行晶片設計。
技術檔案與製程設計套件
從0.5微米到10奈米製程，台積公司提供廣泛的製程設計套件，支援數位邏輯、混合訊號、射頻（RF）、高壓驅動器、CMOS影像感測器（CIS），以及嵌入式快閃技術等應用領域。除此之外，台積公司提供技術檔案：設計法則檢查（DRC）、布局與電路比較（LVS）、寄生元件參數萃取（RC Extraction）、自動布局與繞線（Place-and-Route）及布局編輯器（Layout Editor），以確保電子自動化工具支援其製程技術。截至民國一百零四年，台積公司已在TSMC-Online上提供超過7,500個技術檔案及超過200個製程設計套件。每年客戶下載使用技術檔案與製程設計套件已超過10萬次。
元件資料庫與矽智財
台積公司與其設計聯盟合作夥伴為客戶提供了豐富的可重複利用矽智財，對許多電路設計來說，這些矽智財是不可或缺的模組。民國一百零四年，在台積公司新的客戶產品設計定案中，有超過60%的設計使用了台積公司與╱或其合作夥伴的一個或多個元件資料庫與矽智財。民國一百零四年，台積公司擴增其元件資料庫與矽智財到1萬個，較民國一百零三年成長18%。
設計方法與流程
民國一百零四年，台積公司透過開放創新平台的合作，克服了關鍵的設計挑戰，針對數位及系統單晶片應用所需的創新10奈米FinFET技術發表了完整的參考流程，為了達到效能、功耗與面積的最佳化目的，提供鰭式場效電晶體設計解決方案及設計方法。
智慧財產
堅實的智慧財產權組合強化了台積公司的技術領導地位和保護我們先進及尖端技術。民國一百零四年，台積公司創紀錄共獲頒1,768件美國專利，以及超過779件以上的台灣與中國大陸專利，另還有多項其他國家之專利。民國一百零四年，台積公司在前50名獲頒最多美國專利的企業排名第23名。台積公司已在全球擁有近3萬個專利（包含正在申請的專利）。台積公司將會持續一貫的智財資本管理策略計劃，並結合公司策略考量與營運目標，以執行智慧財產權的即時產出、管理及運用。
台積公司已建立一套藉由智慧財產權來創造公司價值的運作模式，因此智財策略的擬定會全面考量研發、營運目標、行銷、企業發展等整體策略。智財權一方面可以保護公司營運自由，另一方面也可強化競爭優勢，並可援引用來創造企業獲利。
台積公司不斷改善智財組合的品質，減低維護成本。台積公司將持續投資智財組合及智財管理系統，以確保公司在技術上的領導地位並從中獲得最大利益。
大學合作計劃
近年來台積公司已顯著地擴大與台灣的大學進行合作，與多所知名大學攜手成立了四個研究中心，這些研究中心擔負雙重的任務︰首先是培養更多未來適合服務於半導體產業的高素質學生，其次是激勵大學教授提出新的研究專案計劃，包括專注於最先進的半導體元件、製程、材料科技、半導體製造及工程科學，以及與電子產業相關的特殊製程技術。台積公司持續擴大和加強在研究中心的投資，在國立台灣大學、國立交通大學、國立成功大學及清華大學成立四所研究中心。在民國一百零四年，數百名在電子、物理、材料工程、化學、化工及機械工程領域成績優異的學生加入了這些研究中心。
此外，台積公司也與全球頂尖大學如史丹佛、麻省理工學院、加州大學柏克萊分校…等，進行策略研究計劃，專注於顛覆性創新的電晶體、導線技術、光罩技術、模擬及特殊製程技術的研究。
台積公司大學晶圓快捷專案
台積公司成立「大學晶圓快捷專案」（TSMC University Shuttle Program）之目的係提供全球頂尖大學傑出教授使用先進的矽製程技術以研發創新的電路設計觀念。台積公司的大學晶圓快捷專案有效地串起來自全球頂尖大學的教授、研究生與台積公司主管們的研究動力與熱情，在半導體領域創造更卓越的先進技術與新世代的人才培育。
台積公司的大學晶圓快捷專案提供進行數位／類比／混合訊號電路、射頻設計，以及微機電系統（MEMS）設計的製程技術。參與台積公司大學晶圓快捷專案的成員包括了來自全球的各頂尖大學研發團隊。台積公司及大學晶圓快捷專案的參與者藉由這個專案達成雙贏的合作，這個專案讓優秀的研究生得以實現令人興奮的設計，並且在不同終端產品的應用上展現創新。
為了保持並強化台積公司的技術領先地位，台積公司將持續大舉進行研發投資。除了10奈米及7奈米技術，台積公司強化的前瞻性技術研究和開發亦符合進度，以建立穩固的基礎來支援7奈米以下製程的技術平台。前瞻性技術研究著重於新電晶體及製程技術，例如3D結構、應變層互補金屬氧化物半導體、高載子移動率材料，以及創新的3D積體電路技術，這些研究強調創新並由奈米級CMOS電晶體及相關技術基本物理的深入了解來引導。台積公司亦持續與來自學術界與產業界的外部研究機構共同合作，期望延續摩爾定律，為支援客戶的未來具有成本效益之技術及製造解決方案鋪路。
台積公司擁有優異、高度專注的研發團隊，加上對創新的承諾，我們深信一定能提供客戶最佳且具成本效益的系統單晶片製程技術，確保台積公司在未來的營運成長及獲利能力。
台積公司未來主要研發計劃摘要
計劃名稱 |
計劃內容 |
預計試產時程 |
|---|---|---|
10奈米邏輯技術平台應用 |
同時支援數位及類比產品應用的第三代鰭式場效電晶體製程技術 |
民國105年 |
7奈米邏輯技術平台應用 |
支援系統單晶片技術的第四代鰭式場效電晶體互補金屬氧化物半導體技術平台 |
民國106年 |
三維積體電路 |
因應系統級封裝技術，開發更具成本效益及更具尺寸、效能優勢的解決方案 |
民國105年至民國106年 |
下一世代的微影技術 |
發展極紫外光及多重電子束技術以延伸摩爾定律 |
民國105年至民國108年 |
長期研發 |
特殊系統單晶片技術（包括新型非揮發性記憶體、微機電、射頻、類比晶片） |
民國104年至民國108年 |
以上計劃之研發經費約佔民國105年總研發預算之70%，而總研發預算預估佔民國105年全年營收的8%。 |
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