台積電先進元件研究處專案經理柯誌欣自2002年加入台積電的研發部門以來，便專注於半導體元件製程的研發工作。過去十多年中，他負責建立高電子與高電洞遷移率製程，與同仁共同開發的應變矽製程技術，已被應用在多個先進製程世代中，創造了巨大的產值，現在更將朝3D FinFET 的前瞻關鍵製程邁進，為推進新世代技術進展貢獻一己之力。

投入異質磊晶技術研發 為後矽晶時代另闢新徑

青年創新希望獎－台積電先進元件研究處專案 柯誌欣 經理

※現任職台積電資深技術經理※

文／勾淑婉

多年來，摩爾定律一直是推動半導體產業持續進展的主要力量。然而，隨著半導體製程逐步往奈米世代前進，製程微縮的方法已受到嚴重的考驗。這是因為高度整合的電晶體數量帶來的漏電流造成功率消耗與熱量，將會抵銷製程微縮所帶來的效能提昇，而且有時並不符合經濟效益。

隨著製程技術即將進展到10 奈米以下節點，當材料微縮達到極限後，未來的半導體產業將如何重新找到成長動力？為了突破瓶頸，如何在後矽晶時代及早找出替代材料，已是刻不容緩的最大課題。柯誌欣所從事的異質磊晶材料研究，便是現階段業界致力投入的先進技術，對產業的未來發展扮演著重要角色。

投身研發工作　與興趣結合

柯誌欣就讀中原大學電子工程學系，大三時便對半導體技術產生濃厚興趣，於是就一頭鑽了進去。從碩士班、成大博士班到工作，十七年來投身半導體領域，到現在還一直樂此不疲。

「就讀博士班期間，有幸參與國科會與加拿大國家研究中心（NRC）的合作計畫，前往學習與研究半導體分子束磊晶技術與元件製作分析，奠定了我日後的職業生涯的基礎。」他說。

取得博士學位後，柯誌欣隨即於2002 年如願進入台積電研發部門，「這是我夢寐以求的工作，沒想到興趣可以跟工作有這麼緊密的結合。」在台積電的日子裡，柯誌欣一直有機會接觸公司內及來自世界各國的頂尖工程師與學者，從他們身上學到許多珍貴的知識，「我也了解到唯有不斷的充實自己，才能一起與公司和整個半導體產業成長。」

自從加入台積電的前瞻技術開發部以來，柯誌欣便從事應變矽晶技術（strained-Si）與異質磊晶材料相關的研究工作。應變矽晶是透過對矽晶格施加應力而產生應變，以提升載子遷移率的一種技術。

他解釋說，隨著元件尺寸微縮的進展已接近材料本身的物理極限，若要在相同的技術節點下提升電晶體的效能，必須藉由結合異質材料或其它方式，來有效增加電子或電洞遷移率才有可能。

一步一腳印　克服技術瓶頸

其實利用矽鍺材料，或是將三五族與矽晶基板結合來提升電子或電洞遷移率的概念，在半導體產業已經算是老生常談。「這個技術已經談了三十年，但由於挑戰很高，一直進展有限，」柯誌欣說。

過去半導體產業一直能透過蝕刻技術順利推動產業進展，因此對此議題的急迫性，也不那麼顯著。然而，隨著製程微縮日趨極限，異質磊晶技術已成為延續後矽晶時代的重要關鍵選項，扮演著日益重要的角色。

柯誌欣表示，「當異質材料結合在一起時，由於材料係數的不同，勢必會產生一些缺陷。我們必須從材料的基礎研究著手，根據缺陷的不同種類與特性，一步一腳印地印證模型，才能有新的想法，突破業界長期以來無法克服的瓶頸。」

他不諱言，這是一個很辛苦的過程，必須有能力實現重大的突破創新，才能將整個產業向前推進一大步。他很感謝成大蘇炎坤教授給予他的博士班訓練，讓他學會善用資源，盡量發揮研究的最大效益。此外，公司長官萬幸仁處長在工作上的支持與信任，也讓他更有動力，不斷地突破重重難關。

在多年來的鑽研開發與努力下，柯誌欣在技術論文與專利方面均取得了豐碩的成果。在半導體元件及製程已發表62 篇論文、擁有161 項專利，尚有122 項專利申請中。同時，更協助台積電建立高電子與高電洞遷移率的電晶體製程，展現了具體的產業效益。

異質材料研究　取得豐碩成果

柯誌欣於2003 年首次在12 吋90 奈米世代，開發完成台積電第一個應變矽鍺源汲極（strained-SiGe SD）技術，目前此技術已在台積電與國際大廠的45 奈米世代以下被普遍應用。

接著於2004 年，他又成功開發台積電首片12 吋晶圓使用絕緣溝渠應變矽晶技術（Strained-STI），此項技術被應用於65 奈米世代及以下世代，獲得早期專利。這些技術能幫助互補式場效電晶體（CMOS）獲得5％～ 10％速度的提升，且在多個世代被國內外大廠廣泛使用至今，讓台積電在技術上取得領先。

從2008 年起，柯誌欣在先進元件研究處負責領導開發高遷移率電子元件，建立了一個全新的小團隊，並與多所國內外知名大學進行合作。這個團隊已經在2009 年建立完整三五族在矽晶圓上的磊晶成長模型，並達成零缺陷密度的InAs on Si 和GaAs on Si 技術。

他強調，台積電得以領先全世界半導體大廠率先推出28 奈米及其以上世代，憑藉的就是投入大量的研發與專注創新。由於預期10 奈米世代將是優勝劣敗的分水嶺，台積電與競爭者無不卯足全力加速創新。

目前，柯誌欣帶領由30 人組成的團隊，負責開發多項3D FinFET 元件的關鍵製程技術，包括奈米磊晶技術（Epitaxy）、高介電薄膜原子沉積技術（ALD），與前段（front-end）元件的整合，以供台積電10 奈米世代的產品使用。

柯誌欣對於高遷移率電子技術的前景充滿信心，更樂觀看待，半導體產業將能順利微縮到7奈米甚至更先進的世代。

「現在正是半導體產業發展的重要轉折點，也是令人振奮的時刻。雖然面對的技術難題是一個尚待開發的蠻荒之地，沒有前人的成果可供參考研究，但卻覺得自己有幸能夠站在技術的最前線，見證歷史與時代的改變，讓半導體技術能夠在後矽晶時代延續下去。」柯誌欣說。

感 言＞台積電先進元件研究處　柯誌欣 專案經理

對於能夠獲得國家產業創新獎的這份殊榮，個人實在萬分榮幸。能夠得到這份獎項， 除了謝謝委員的肯定外，亦要感謝長官們能夠給予個人磨練的機會與發展的空間，讓個人在 職場上能夠獲得許多寶貴的經驗，也謝謝團隊同仁的齊心努力，沒有團隊同仁的齊心合作與 奮戰不懈，亦不會有現在的階段性成果，更要感謝一路扶持的家人與老婆，在你們的默默支 持下，讓我得以投注更多的時間在工作上。

回想當初投入此技術的研究，主要是長官的指派，讓我有機會能夠赴美國學校單位進 行合作學習，回到公司後則是想辦法將學得的技術轉移至公司的設備製程中，當中遇到了許 多的技術瓶頸與挫折，最後在同仁的集思廣益與協力合作下，才得以逐步克服，這讓我更加 瞭解『團隊』的重要性。而在技術開發的過程中，不僅是需要解決技術上的瓶頸外，亦需要 思考技術的應用與出口，讓我能夠以不同的觀點與想法來思考技術的應用性。

創新，不僅只是需要克服技術的瓶頸，更是需要創造出技術的應用，在未來的路上， 自己將持續貢獻所長，並期許未來能持續與團隊同仁們一同努力，創造產業的新契機。

• 發布日期：2017/02/11
• 最後更新時間： 2024/05/06
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