產學合作研究計畫
計畫名稱：次奈米世代半導體技術研究
計畫主持人：國立臺灣大學光電工程學研究所 吳志毅教授
合作企業：台灣積體電路股份有限公司
成果介紹：

隨著半導體製程逐漸走到了物理極限，下一個世代將邁入次奈米（Angstrom, Å）階段，也就是原子級別的製程。而已經站上全球半導體最前線的臺灣，若要在這場原子級距的競賽中保持領先，就必須提前部署、搶先布局關鍵技術，才能在未來持續掌握主導權。

帶著這樣的前瞻視野，臺灣大學和台積電攜手展開「次奈米世代半導體技術研究」，並在國科會前瞻技術產學合作計畫的支持下，串聯十多位不同領域專長、來自不同組織的研究者，共同厚植臺灣搶進次奈米世代的技術能量。

從 3 奈米到 Å 世代：下一個技術突破必須提前準備

從半導體製程的世代演進歷程來看，平均每2年就會推進一個世代。目前，台積電已量產 3 奈米製程，正朝著 2 奈米、 1.4 奈米（A14）方向邁進，再往下一步就會進入次奈米領域，這是持續提升晶片效能與降低能耗的關鍵，也是先進製程未來必須跨越的下一個重大階段。

「次奈米世代半導體並不是遙不可及的未來，而是在六年內就會發生的事實，臺灣若要保持現在的領先位置，就必須提前啟動前瞻技術研發。」本次計畫主持人、國立臺灣大學光電工程學研究所教授吳志毅語氣肯定的說，一旦進入次奈米世代後，元件便難以只靠縮小尺寸來提升效能，唯有在材料、元件架構與後端電路連接上提出創新，才能讓半導體運算性能持續向上推進。

國立臺灣大學光電工程學研究所 吳志毅 教授分享幾年內，
次奈米世代半導體將成現實，臺灣必須提前展開前瞻技術研究。

正因如此，吳志毅邀集光電、電機、電子、化工、材料、物理等不同專長領域的教授，及中研院研究者，從新穎材料、前端元件、後段連接三大面向，全面展開次奈米世代半導體所需的技術研究。

從材料、元件到連接 次奈米技術的全方位布局

在前端元件上，團隊聚焦奈米薄膜電晶體及其他更先進的電晶體技術。在後段連接上，則持續探索能突破既有限制的新型電晶體連接技術，特別是近年備受關注的 3D 堆疊，更是本次研究的重點。然而，無論前端元件或後段連接，背後都需要新穎材料的支持，即便矽仍是未來半導體製造的主流材料，但還是需要搭配更多創新材料，如：高介電材料、低電容材料等，才能支撐晶片日益複雜的結構及多元需求。

「就半導體的未來發展而言，新材料的開發是非常重要的一件事，而學術界在這件事上有無可取代的角色。」吳志毅說明，業界產線較難以輕易嘗試新材料，因為任何污染或失誤都可能影響生產、造成巨大損失；反之，學校的實驗室具備高度彈性與容錯能力，能夠進行各種前瞻且高風險的技術試驗，找出未來可能成為關鍵的新材料。

值得一提的是，為了能夠真正跨入次奈米領域，團隊特別購入全台極為少見的氦離子束蝕刻曝光機，能將元件線寬控制在幾個奈米的範圍內，並進行曝光或顯影作業。沒想到，設備到校後卻遲遲無法如預期般發揮作用，即便原廠工程師多次到場調校仍未見改善，一度讓團隊懷疑是否要放棄。

氦離子束蝕刻曝光機將數奈米線寬電路清晰轉印到元件表面，實現關鍵前瞻製程操作。

「真正的突破來自博士後研究員和學生。」吳志毅笑著回憶。他們在沒有任何標準流程可參考的情況下，一次次調整機台參數、修改樣品條件，從無數失敗中摸索出可行路徑，最終成功找出關鍵的操作 recipe，讓氦離子束蝕刻曝光機首次能將數奈米線寬的電路清晰地轉印到元件表面。正因為這個關鍵突破，整個團隊才能把研究想法真正落實為可測試、可驗證的結構，並在此基礎上不斷優化後續研究成果。

實驗室中，學生操作氦離子束蝕刻曝光機，調整參數並驗證數奈米線寬電路轉印效果。

國科會作為推進器：讓十多位教授從單點研究走向整合突破

然而，回過頭來看，無論是引進昂貴的氦離子束蝕刻曝光機，或是進行從材料、元件到連接的研究，其實都奠基於國科會前瞻技術產學合作計畫的支持，其為本次研究帶來了3項關鍵助益。

首先，它讓原本分散在不同系所、各自為政的研究能量得以真正整合。吳志毅指出，過去即便產業界與學界常有合作，但多半仍以教授個人專長領域為主，彼此之間缺乏系統性的連結與整合。而次奈米技術涵蓋多種不同領域，需要跨領域交織的合作，才能建構完整技術，透過國科會前瞻技術產學合作計畫，將原本各自獨立執行的研究串連起來，眾多教授在「同一個研究目標」下定期交流、分享最新進展，不僅可以加速研究時程，也常在討論中激盪出新的合作方向。

吳志毅也以自身研究為例。在他開發新型元件時，某段時間曾遇到瓶頸、遲遲無法突破，直到某次交流會議中，聽到另一位教授分享其研究的理論模擬方法，才找出解方，大幅減少反覆錯誤試驗的時間。他笑說，這就是「整合式研究」最直接、最實在的價值。

其次，國科會讓臺灣建立起兼顧短期與長期的「產學分工研究模式」。產業雖然也有研發資源，但必須將心力集中在未來1到3個世代內即將量產的技術，而學界則能投入更遠、更具前瞻性、但目前尚未成形的技術，補上業發研發上的限制。兩者合作不僅讓臺灣技術永遠走在前端，也讓研究不至於脫離真正的市場需求，台積電還能從大規模量產的角度提供意見，避免學界把時間花在最終無法導入量產的研究方向上。

第三，產學合作也大幅提升了人才培育的深度與速度，讓學生可以提前看見職場樣貌。在研究過程中，學生經常需要與台積電工程師溝通討論、呈報結果，從而熟悉產業端的工作方式、跨團隊溝通模式、管理文化與節奏，未來進入職場後可以更快上手、縮短磨合期。對於半導體人才高度競爭的臺灣而言，這樣的養成方式不僅提高人才能量，也具有不可取代的戰略價值。

半導體不會停下腳步，摩爾定律也不會因為遇到物理極限而終結，只會以新的方式向前延續。臺灣若要持續在全球保持領先，不僅要鞏固現有量產實力，更要在前瞻研究上建立完整的技術布局，而這項次奈米研究計畫，正是帶領臺灣邁向下一個十年的起點。