1987年成立之初,台積電自台灣工研院轉移3.5μm及2.0μm製程技術。
1988年,台積電在成立短短一年後,成功開發1.5μm製程技術,並陸續成功開發1.2μm、1.0μm、0.8μm、0.6μm、0.5μm、0.3μm及0.25μm製程技術。
1999年,台積電領先全球推出第一個0.18μm低耗電製程技術。之後,從0.13μm、90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16/12nm,一直到今日最先進的10nm及7nm製程技術,台積公司都持續領先,並創下許多傲人的紀錄。
此外,台積電擁有業界最完備的超低耗電技術平台,涵蓋0.18μm到16nm FinFET的超低耗電製程,以滿足物聯網及穿戴式裝置市場多樣化的需求與創新。相較於前一代的低耗電製程,台積電的16nm超低耗電製程能夠進一步降低工作電壓達20~30%,以減少動態與靜態功耗,同時大幅延長物聯網及穿戴式產品電池的使用壽命達2~10倍。
2018年,台積電成功量產7nm鰭式場效晶體(7nm FinFET,N7)技術,此一技術是台積電量產速度最快的技術之一,並同時針對行動運算應用及高效能運算元件提供最佳化的製程。
2019年,台積電更進一步強化領先業界的7nm技術,推出6nm技術(N6)。N6技術自2020年進入量產以來,廣泛應用於手機、高效能運算,以及消費性電子產品。
2020年,台積電領先業界量產 5nm鰭式場效電晶體(5nm FinFET, N5)技術,協助客戶實現智能型手機及高效能運算等產品的創新。此一技術是台積電繼7nm FinFET強效版(N7+)之後第二代使用極紫外光(EUV)技術的製程。
2022年,台積電成功大量量產3nm鰭式場效電晶體(3nm FinFET,N3)製程技術。N3為業界最先進的半導體邏輯製程技術,具備最佳的效能、功耗及面積(PPA),是繼5nm(N5)製程技術之後的另一個全世代製程。而在N3製程技術之後,台積電推出支援更佳功耗、效能與密度的強化版N3E及N3P製程。
此外,台積電2nm(N2)技術開發依照計畫進行並且有良好的進展。N2技術採用領先的奈米片電晶體結構,其效能及功耗效率皆提升一個世代,以滿足節能運算日益增加的需求。
1. ULP(超低功耗)技術
ULP技術提供超低漏電器件(ULL)、超低SRAM和低工作電壓解決方案。ULP技術包括40nm ULP(40ULP)、22nm ULL(22ULL)和鰭式場效應電晶體(FinFET)技術。
台積電通過ULP與ULL的組合,在成熟製程節點上建構了完整的低功耗解決方案。
2. BCD工藝
台積電的BCD工藝具有更高的整合度、更小的面積和更低的功耗,涵蓋從0.6μm到40nm的節點。
2023年,台積電繼續擴大其0.13μm和90nm BCD工藝,以滿足汽車電子和伺服器的需求,從而提高12英吋BCD技術的競爭力。
台積電40nm BCD工藝不僅相容超低功耗(ULP)工藝,還提供5~28V的電壓範圍,從而實現更多的電源管理晶片的應用。
此外,台積電正在開發世界上最先進的22nm BCD工藝,以更有效地降低功耗和晶片面積。
3. 高壓(HV)工藝
台積電的HV(High Voltage,高壓)工藝是其特色工藝體系的重要組成部分,主要服務於需要高電壓驅動的晶片場景,支援12V至60V及以上的高壓工作環境。
HV工藝主要基於28nm及以上成熟製程(如28nm、40nm、55nm),通過定製化最佳化實現高壓與低漏電的平衡。HV工藝可與其他特殊工藝(如eFlash嵌入式儲存、RF射頻模組)整合,滿足複雜SoC晶片的多樣化需求。
台積電HV工藝未來可能向更小節點(如16nm)遷移,通過FinFET或新型電晶體結構進一步降低功耗並提升整合密度。同時,與3D封裝技術結合,擴展在汽車電子、工業控制等領域的應用場景。
4. 混合訊號/射頻(MS/RF)工藝
台積電的MS/RF工藝是其面向通訊、物聯網及汽車電子等領域的核心解決方案,通過製程創新與整合技術實現高性能射頻與模擬電路的協同設計。
MS/RF工藝支援0.5µm至4nm全節點覆蓋,從成熟製程到先進FinFET節點均提供最佳化方案,例如4nm RF工藝已用於5G基帶晶片與毫米波前端模組。22nm/28nm節點針對物聯網與車規晶片最佳化,平衡性能、功耗與成本,適配低功耗感測器與車載通訊需求。
2023年,台積電繼續加強其射頻技術的開發,以提供最佳的性能/功耗/成本權衡解決方案:12FFC+射頻技術開始量產,應用於蜂窩射頻和lot無線連接產品。
台積電通過MS/RF工藝的持續迭代與生態協同,鞏固了在通訊與汽車電子領域的領先地位,其技術組合覆蓋從傳統射頻到前沿毫米波場景的全端需求。
5. 嵌入式快閃記憶體(eFlash)
非易失性儲存器(NVM)包括一次性可程式設計儲存器(OTP)、多次可程式設計儲存器(MTP)、快閃記憶體(Flash),以及下一代磁性RAM(MRAM)和電阻性RAM(RRAM)。
台積電的嵌入式快閃記憶體技術範圍為0.5µm至40nm,並提供許多快閃記憶體IP選項,以滿足各種產品設計要求。台積電2018年出貨的嵌入式快閃記憶體晶圓總量在全球半導體行業排名第一。
傳統嵌入式快閃記憶體在20nm以下節點面臨漏電加劇、耐久性下降(典型擦寫壽命約1E5次)等問題,難以滿足AIoT裝置的高密度儲存需求。台積電正推動MRAM(磁阻儲存器)與RRAM(電阻儲存器)替代eFlash,例如22nm RRAM已用於Nordic Semiconductor的nRF54L SoC,實現更低功耗(靜態<1µA)與更高密度(17.5 bit/µm²)。
台積電正逐步將嵌入式儲存重心轉向MRAM/RRAM,以滿足AIoT與汽車電子對非易失性儲存的高性能需求。傳統eFlash將退守對成本敏感的中低端市場,形成“新型儲存+成熟eFlash”的分層技術矩陣。
6. CMOS圖像感測器(CIS)
台積電CIS工藝技術範圍為0.5µm至12nm,支援各種應用,包括智慧型手機攝影機、汽車、機器視覺、雲監控、醫療保健、PC攝影機、玩具等。
台積電22nm RF工藝被索尼用於生產高性能CIS晶片及圖像訊號處理器(ISP),重點最佳化低光性能與高動態範圍(HDR),支援AI應用的即時圖像處理需求。該工藝整合高密度邏輯電路與模擬模組,功耗較前代工藝降低20%,適配車載攝影機與消費電子領域。
台積電通過RFCMOS、BCD等特色工藝組合,強化CIS晶片的抗噪聲能力與訊號完整性,例如:RFCMOS工藝:提升車載CIS在複雜電磁環境下的穩定性,支援77GHz毫米波雷達協同工作;BCD工藝:整合電源管理模組,實現CIS晶片單晶片供電(1.8-5V寬電壓範圍),降低系統複雜度。
此外,台積電通過CoWoS封裝技術將CIS與邏輯晶片垂直堆疊,提升資料傳輸頻寬(達1TB/s),降低延遲40%,滿足自動駕駛即時圖像處理需求;與Arm合作開發專用ISP IP核,整合硬體加速器(如HDR合成引擎),使CIS晶片能效比提升30%,適配邊緣計算場景。
台積電將繼續加強CIS技術,並向下一代邁進,以進一步加強先進智慧型手機相機和汽車成像應用的能力。
7. MEMS技術
台積電MEMS技術基於CMOS-MEMS整合工藝,結合半導體製造與微機械加工能力,支援多類感測器(加速度計、陀螺儀、壓力感測器等)的規模化生產,其工藝覆蓋8英吋與12英吋晶圓,適配汽車、消費電子及醫療裝置需求。
台積電MEMS技術範圍為0.5µm至0.11µm,支援包括G-Sensors、陀螺儀、壓力表、微流體和生物基因 晶片在內的應用。
2011年,台積電推出了全球首款感測器SOC工藝技術。該技術包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)和晶圓堆疊技術製造單片微機電系統(MEMS)。
2018年,台積電成功交付了全球首款CMOS MEMS(微機電系統)單片電容式氣壓計,該氣壓計對海拔變化的靈敏度高達5mm,封裝面積略小於1mm2,適用於各種系統應用,包括個人活動跟蹤和室內導航。
此外,台積電通過3D Fabric聯盟整合先進封裝技術(如CoWoS),實現MEMS晶片與邏輯晶片的3D堆疊,提升系統級能效與頻寬(達500Gbps)。
台積電通過CMOS-MEMS協同最佳化與先進封裝賦能,持續鞏固其在全球MEMS代工市場的領先地位,推動汽車電子、AIoT等領域的感知系統升級。 (半導體工藝技術)