当半导体先进制程持续发展，芯片的尺寸也逐渐缩小，每次制程的演进都有许多技术需要突破，芯片代工龙头台积电也无可避免要投入大量研发能力来“超前部署”、解决可能在5纳米、3纳米出现的技术瓶颈。
台积电在科技部“尖端晶体材料开发及制作计划”的支持下，与交大的研究团队合作，发布的最新研究登上国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）。
台积电技术发展组织李连忠处长表示，除依赖公司内部研发团队外，与学术界携手、善用学术界的研究能量突破技术瓶颈也是一种方法，因此近期台积电在科技部“尖端晶体材料开发及制作计划”的支持下，与交大的研究团队合作，共同进行单原子层氮化硼的合成技术研究，成功开发出大面积芯片尺寸的单晶氮化硼，未来将有机会应用在先进的逻辑制程技术上。台积电更是首次与产业合作的研究成果，被刊登于国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）。
步入三纳米制程，“氮化硼”成绝缘体材料新解
氮化硼（BN）并非全新材料，之所以重要是因为其具备良好的散热效果，更是绝佳的绝缘体材料选择。先进制程中会需要绝缘体的存在，通常是要协助电子能顺利通过芯片里的信道，
当制程持续往下走、信道势必越来越小，若没能靠更好的绝缘体排除掉可能依附的电荷所造成的阻碍，芯片的性能表现将会大打折扣。
先进制程步入3纳米以后，李连忠表示过去7纳米、5纳米时所采用的绝缘体材料如氧化物等将不再适用，原因出在过去的氧化物绝缘体都是三维绝缘体，它们像是一个3D的概念、容易有其他键结让芯片中的电荷依附，造成电流不易通过。
三纳米以后的制程偏向二维半导体，类似一个非常薄的架构、趋近于平面，因此李连忠提到这样的情况需要采用的是同为二维绝缘体的材料，氮化硼正是一个好的解决方式。
即便半导体业界都知道要采用“氮化硼”作为未来先进制程可能的绝缘体材料，不过技术上依旧无法突破，这也是为什么这次台积电与交大携手研究的成果能刊登上《自然》期刊的主因。
不只找出绝缘体材料，如何大量生产才是关键
李连忠说到，过去氮化硼的生长只能长成一个不规则的晶体，若要将氮化硼真正应用到芯片片上，就只能将不规则晶体的氮化硼撕下来贴在芯片片上，不但效率不高，大小不一的氮化硼也很难满足半导体制程所需，因此若能直接在芯片上直接生长，将能有效解决问题，只是该如何在芯片上合成高品质单晶的单原子层氮化硼？
李连忠说过去已知的就是利用铜这个材料，但是不同晶面的铜都会影响后续的表现跟价格。
能成功登上《自然》最主要的原因在于台积电跟交大发现，绝缘体材料氮化硼可以通过高温高压的方式，借由铜（111）在芯片上合成高品质单晶的单原子层氮化硼。
就以铜（111）来说，是作为合成绝佳选择，因为它容易取得且稳定，对于未来可能要步入商业化的量产来说，是比较恰当的研究选择。
成功突破过去技术瓶颈的关键，李连忠表示是研究团队发现铜（111）的表面并不是完全平面、而是有类似像阶梯的模样，因此将氮化硼分子依附在这些阶梯的边缘处，并将这个类似阶梯表面的铜（111）先规划好后，氮化硼就能在高温高压的处理下于芯片上被合成、进而完成大面积芯片尺寸的单晶氮化硼。
参与此次研究的交大教授张文豪表示，目前实验室里面是采用2英寸芯片片的大小做实验，未来要复制到其他尺寸的芯片片应该也不是问题。对于正积极布局3纳米研发的台积电来说，此发现无疑是对接下来3纳米可能遇到的瓶颈找到出口。
半导体材料有新变化？硅可能走到尽头
面对材料在半导体业界的重要性逐步提升，李连忠也透露硅在半导体已经有好几十年的应用，若要用全新的材料来取代硅其实也是一大工程，因为周边技术都需要改变、也需要花时间去应证新材料是否真的能有预期中的表现。目前业界以及相关的会议如IEDM等都对于硅材料有走到尽头的预测，因此寻找新材料刻不容缓。
台积电透露，目前内部有将近1/10的人力、约6000-7000人投入研发工作。受到疫情影响，每年3月展开的校园征才预计将视疫情的状况延后举办，届时将会再募集一批生力军。