台積電—臺灣大學聯合研發中心(TSMC-NTU Joint Research Center) 介紹

李嗣涔

產學攜手合作、探索次10奈米世界

座落在本校電機二館內兩間不起眼的研究室內，一個重要的半導體產學合作單位正在嘗試逐步改變台灣產學合作的模式，並期盼成為台灣接下來幾十年半導體科技發展的重要推手，這個單位就是在2013年前成立的台積電-臺灣大學聯合研發中心(簡稱：台積電中心)。台積電中心的成立，代表產官學界一群關心台灣半導體產業人們的共同願景，希望透過新的產業與學術界合作模式為台灣半導體產業的發展，寫下新的扉章。

相信絕大多數的人都必須承認，半導體產業不僅是台灣經濟的命脈，更是穩定台灣社會安定的一股重要力量。為了維持競爭優勢，產業必須不斷地投入於研發創新，特別是由於IC製程的進步，元件節點即將邁入次10奈米節點，其中有許多複雜的物理機制、化學機制及工程技術需要克服，此時便需要仰賴學界的研發能量與人才供給作為後盾。然因半導體研究所需要投資的研究設備相當昂貴，其所需的經費規模並非一般學術界專題研究計畫所能負擔，致使學界研究與產業需求之間，存在不小的落差。

為了要維持技術的競爭以及培育菁英人才，本校與台積電公司經過慎密的協商，在2013年8月1日成立了台積電中心，並以7-5nm技術世代做為雙方合作研發的主軸，共同迎戰來自Intel與三星的挑戰。

本中心自成立以來，經過近兩年的運作已逐漸步上軌道。中心目前在中心主任李前校長嗣涔的領導之下，網羅本校電資學院、理學院、工學院等跨領域教授二十餘名、以及中研院應科所、同步輻射中心、國家奈米實驗室等單位的研究人員，積極投入於7-5nm的研究。而台積電為了表示對於產學合作的重視，也特別派遣了台積電的技術處長─潘正聖博士，長期派駐於台大校園並擔任本中心副主任。此一專職人力的投入，使本中心師生與產業間的交流更密切，能夠確實掌握業界的技術發展脈動，動態調整研究的議題與資源投入。

「業界出題、學界解題」之產學合作V2.0

半導體產業是一個決戰於創新尖端技術的產業，通常需要耗費十年以上的研發改良，才可能將idea變成量產技術。例如：Copper Interconnect (130nm), Strain Engineering (90nm), High-K Metal Gate (45nm), FINFET Device (22nm)等，都需要耗費十年以上的研發改良(參考下圖)。展望未來，小於10nm的More-Moore下一世代半導體技術，因尺寸接近數個原子大小而極端困難，其中有許多複雜的物理機制、化學機制及工程技術需要克服，更需凝聚產學的研發力量，一同努力克服More-Moore技術上的困境，達到半導體產業所需的尖端技術創新。

本中心正在積極進行的「前瞻技術產學合作計畫（簡稱：產學大聯盟）–「7-5nm半導體節點技術研究」就是一個以跨越「尖端創新」為目的的計畫。就研究方向而言，本中心研究團隊現正依循產學大聯盟計畫所強調的「業界出題、學界解題」合作理念，積極投入於以下研究：

• 7–5奈米元件製程整合I -微縮效應、元件性能等

• 7–5奈米元件製程整合II -終極互補金氧半場效電晶體的科學與科技研究

• 7–5奈米製程模組技術

• 7–5奈米計算電子學及驗證

就合作機制而言，本中心產學合作最大的特色就是建立在專利合作之上。以往國內半導體學術研究普遍面臨三大問題：

1. 電機系優秀學生不願研究半導體，因為太辛苦又有危險性，人才發生斷層，研究水準提升困難；

2. 半導體尖端研究因投資太大，個人很難找到資源從事，因此轉向其他小題目，漸漸遠離半導體主流產業所需之尖端技術；

3. 個人各自為政，即使發表一篇尖端學術論文，申請一個中華民國專利(經費不足以申請多國專利)，對產業所需特定尖端技術也幫助不大。

在此先天不足的情況之下，學校產學合作單位又囿於專業與有限經費，既無能力審核，也無力申請太多外國專利，這樣的專利成果既無法配合業界全球營運布局、當然無法累積技轉籌碼，產學合作績效自然受限。

本中心透過大聯盟計畫，開創了一個嶄新的產學合作模式，不但一舉解決了上面三大問題，真正達成「產業出題、學界解題」的理想，也替我國如何透過產學合作來促進產學雙贏，找到可行之「商業模式」(business model)。簡單來說，台積電中心的專利合作模式是建立在研發成果共有的基礎之上，任何教授或學生對尖端技術有創新構想，只要填寫數頁的構想書(通常在10頁簡報以內)向中心提出，經中心、台積電審查通過後，後續即由台積電接手，根據構想書撰寫專利文件並向國外提出專利申請，解決教授個人申請專利的困難與繁複程序。其效果極為驚人，教授及研究生整個思想解放，研究方向也扭轉朝向過去不敢碰的題目，陸續提出各種突破性的尖端製程技術或元件結構，其中不乏對未來7-5nm半導體技術走向會有相當大的影響之構想！

多元化學生方案培養未來半導體科技領袖人才

除了7-5nm的研究以外，人才培育也是本中心最核心的任務。本中心提供多元化的學生方案培育在校學生，回顧短短的近兩年間，本中心已陸續推動執行的學生方案包括：獎助金、跨國訓練、暑期實習、專題競賽、研發替代役/預聘、中心各項研究會議交流、專題邀講、個別諮詢等活動，這些學生活動都是以吸引優秀的大學部及碩博研究生加入本中心進行奈米電子相關的研究為目的，希望藉由研究計畫的淬鍊與本中心提供的多元化學生方案，為國家培養一批優秀且具有國際視野的半導體科技領袖人才。

去年6月，本中心首度舉辦中心大學部同學的專題競賽，同學們的專題研究具有相當水準、表現令人激賞，多位同學在暑假過後繼續攻讀碩士，這些同學因為在大學時期即參與本中心各種不同的學生活動，提早對於研究生涯有明確的藍圖，可說讓同學在研究生階段無縫接軌。

為了真正幫助同學能夠從大學開始，就啟發同學們對於7-5nm研究的興趣，並協助同學找到真正的研究興趣所在，本中心從今年下半年開始，也將進一步打造「學生園地」，藉由學長姐的帶領與介紹，讓同學提早認識、接觸甚麼是實驗室的研究生活、各個不同的中心教授實驗室有甚麼特色、相關研究的產業接軌等等，協助同學及確立定研究的方向。另一方面，也將藉由不同領域的跨界接觸，開拓同學們在科技以外，在其他諸如美學、人文等方面的視野，期盼同學成為一個關懷社會、有正確人生價值的人。

展望：產學雙贏！

相信藉由本校最頂尖的研究人才及豐碩的研究能量，以及台積電在半導體領域原本之 know how 及相關製程資料，當有率先進入7–5奈米新世紀的契機，使台灣持續維持全球激烈半導體競賽中的龍頭腳色，鞏固我國奈米電子技術之核心競爭力。而藉由凝聚創意與資源，產學緊密接軌分享know how，也能提昇本校在半導體領域的學術地位，創造產學雙贏。

李嗣涔，1974年本校電機系畢業，1981年美國Stanford大學電機博士。現為本校電機系教授。