余振華 與台積電一同走過 發展里程碑

聯盟特約記者／蘇思云 人物專訪
余振華 與台積電一同走過發展里程碑
前言
2015 年十月初，iPhone6S 出貨，掀起熱烈討論，網友紛紛檢測 6S 的 A9 處理器是哪一家廠牌，買到台積電的大喊幸運，買到三星的則怒喊退貨；在這場品牌大戰中，台積電完勝三星，有助於未來爭取到更多蘋果訂單。

就在這場 A9 處理器大戰浮上檯面的前兩天，電磁聯盟前往新竹科學園區，拜訪台積電資深處長余振華。

余振華是當年帶領台積電開發 0.13 微米銅製程的重要人物，他從清大物理系畢業之後，轉行讀材料研究所，後來在美國取得博士學位。加入台積電之後，帶領團隊開發銅製程，讓台積電成功奠定業界的領先地位直至今日。

電磁聯盟非常榮幸能訪問到這位重要人物，聽他談台積電的發展歷史、企業文化，以及走入「後摩爾定律時代」後，半導體產業的未來。從理轉工 跨領域打下基礎余振華大學就讀清大物理系，研究所跨行，改讀清大材料所，「那時候念工程的比較好找工作，但是從理學院換到工學院挑戰很大。」余振華說，讀物理讓他體會到一件事，那就是物理需要的人才，是非常頂尖的人才，萬一發現自己不是那個金字塔頂尖的人，就要儘早考慮轉行。

余振華以大學同學黃一農為例，黃一農是哥倫比亞大學的天文物理學博士，後來回到台灣，進入清華大學歷史研究所任教，專攻科技史。黃一農從天文學跨行到歷史學，比余振華的理跨工，差異更大；但黃一農在人文領域的成就亦相當驚，2006 年便獲選為中研院院士，是當年最年輕的新科院士。黃一農說，「物理跟歷史都是很龐大的領域，像一棵大樹，要在大樹出頭很難，但是樹與樹之間，必然有一些空隙，這些空隙就是難得的機會。」而這樣的原則也適用於半導體產業，余振華大學累積基礎物理訓練、慎思明辨，不願人云亦云，主動創新，立志領先而不願做跟隨者，這些能力都成為他在台積電起步的基礎。0.13 銅製程 奠定台積電地位台積電 1987 年創立，最初的技術來自於飛利浦公司，從量產 0.8 微米晶片開始發展。原本是台積電「仰望」飛利浦的技術，但是後來台積電漸漸趕上，余振華說，「整個世界都翻轉過來了。」

讓台積電「翻轉」的關鍵，就是 2000 年開始投入研發的 0.13 微米銅製程技術。「大概是 1997 年， 我 們 聽 到 IBM 發 表銅製程技術，那是我們第一次聽到銅製程。以前是用鋁嘛！」余振華說，銅的電阻係數比鋁還要低三倍；電流流量大，會產生電遷移（electromigration）現象，而電阻係數低可以降低電遷移所導致的原子流失。對於半導體技術來說，阻抗越低，是一項優勢。但是之前銅製程的技術尚未成熟，只能先開發鋁製程。銅製程的關鍵，除了銅，還有 Low-K Dielectric（低介電質絕緣），電容與電阻決定了技術。余振華描述，「銅是骨頭，Low K 像肌肉一樣，這兩者都很重要。」

「台積電是直接在生產線上開發 0.13，要求很高，不能出錯。」余振華回憶當時開發銅製程的過程，「我們一開始做銅製程，其他人視我們為洪水猛獸，在無塵室裡面，其他人都穿白色無塵衣，但我們是穿粉紅色無塵衣，要區隔啊！」因為當時台積電對銅製程不了解，怕製程中的污染擴散，因此擬定了非常嚴格的開發步驟。「連我們在裡面走路，路線都在地板上畫好，不能走偏，不然其他人可以告發！」余振華透露，台積電並不是一開始就決定要自行開發銅製程。當時，IBM 想要把這個技術賣給台積電，台積電仔細考慮之後，最後決定自己開發。後來余振華帶領一組開發團隊到台南，前後待了一年半。那時候除了台積電，聯電則向IBM 買技術，兩家公司用不同方式競爭銅製程的未來。

技術開發 競爭激烈 開會前先問對手動靜「那時候我們在台南，每天早上開會前第一件事，就是先問他們對手有沒有消息，有沒有開記者會宣布做出來了。有沒？有沒有？沒有，好，那開會。晚上開會前再問一次，有沒有？有沒有？沒有，好，大家晚安。」余振華生動地描述當初的故事，背後卻是與對手競爭的緊繃心情。在台積電，我們是一組獨立研發團隊，與 IBM 領頭的世界級研發大聯盟競爭，戰況極為激烈。「做銅製程，真的需要很大的決心與執行力。這個東西完全是自己來。這件事讓我體會到，只要你有決心，任何大的事情都可以做得出。」

余振華說，即使是同樣的銅製程技術，每一家做出來的導電度可能也不同，「一開始材料都相同，但是經過各種製程之後，材料會受損，」而台積電的成功之處，就在於不但是最早做出來，而且在技術上也最純熟。而同樣的技術，其它競爭者在七，八年後才趕上台積電的腳步。嚴謹的開發過程，很快就讓台積電回收成果。當時台積電選了幾個客戶嘗試銅製程，獲得非常好的成果。於是，余振華的頂頭上司蔣尚義，做了一個很大膽的決定，跳過 0.15 微米，直接量產 0.13 微米。0.13 微米在 2000 年開始生產，當時遇到「網路泡沫」，各家公司業績都直直落，但台積電靠0.13 微米支撐住業績，大幅提升市佔率。經此一役，台積電的技術，尤其是銅製程相關的技術，從此被肯定為第一流，並且把其他公司拋在後頭。

從摩爾定律走向後摩爾時代銅製程是奠定台積電霸主地位的關鍵技術。

那麼，在銅製程之後呢？創立將近三十年的台積電，什麼時候要迎接下一個里程碑？余振華說，下一個階段是「系統整合」。半導體技術有一套非常有名的「摩爾定律」。摩爾定律指的是，積體電路可以容納的電晶體數目，約 24 個月就會增加一倍，半導體技術可以進步一代。這樣的好處是，同樣大小的半導體，可以增加一倍功能，或者是成本節省一半。雖然在研發實務上，摩爾定律是有效的，

但它並不是一個物理學法則。過去半導體產業依循摩爾定律來發展，但是這套定律顯然漸漸失效中。余振華認為，摩爾定律有一天將不再適用。「那不是指技術做不做得到，而是商業上的可行性，因為技術再好，也不一定有商業價值，還是必須維持一定程度的報酬率。」

「摩爾定律越來越難執行，所以就發展出一個『後摩爾時代』。」進入「後摩爾定律」時代，把原本封裝在 IC 裡面的諸多功能，拆成好幾個晶片後再整合，這樣便可以得到跟當初 IC 微縮一樣的功能。「系統整合」成為後摩爾時代的下一步。

為了在 IC 中加入更多功能，系統整合是必然的趨勢。「系統整合的意義，是把 IC 整合得更好、增加更多功能，例如超低功耗。」余振華說，「過去台積電幾乎都是在做 IC 微縮，做了幾十年。之後我們還是會做，因為摩爾定律不是完全失效，」余振華話鋒一轉，「但光靠摩爾定律，越來越困難。」在摩爾定律被挑戰之際，3D IC 是台積電下個階段要做的工作。而系統整合，就是繼 0.13 微米銅製程之後，台積電下一個發展的里程碑。什麼是「系統整合」？過去，是晶片各自組裝後平放在線路板上，其所佔體積與運算效能皆不理想，長久以來皆致力於系統晶片 system on chip 之開發以改善之。但隨著摩爾定律延續的困oC）做立體堆疊，可使線路板變小，大幅增加運算效能，但是其封裝成本大幅增加，該技術亦增加晶片散熱困難，此技術的商業化障礙較難克服。余振華基於敏銳的洞察

與大力創新，首先提出 CoWoS 技術，使用矽穿孔（TSV）技術透過矽中介層（Interposer）做立體堆疊，達成高耗能系統之整合，領先業界進入量產，大幅提升如雲端運算之系統效能。

在智慧型移動裝置方面，余振華更提出第一個高密度、高效能，且極具成本競爭力的系統封裝（system in package）新技術，此二維或三維整合式晶圓級扇出封裝技術（InFO），以破壞式創新，帶領產學界最新風潮，以最佳效能、耗電、體積微小化及具有競爭力的成本，取代 3DIC而成為系統整合之最佳方案。

物聯網是下一個 big thing系統整合可以應用在什麼地方？這就要回到去年，台積電董事長張忠謀曾公開宣示台積電的下一個發展目標。張忠謀說，未來摩爾定律還有幾年的壽命，但是已經苟延殘喘。而半導體產業的下一個商機、下一個「big thing」，就是「物聯網」（IoT）。在張忠謀點名之後，物聯網迅速成為熱門名詞。但物聯網是什麼？它跟網路有什麼關係？物聯網將如何改變我們的生活？一般人對物聯網的了解並不多。物聯網指的是，透過網路來連結實際硬體與虛擬數據，進行偵測、控制或提供服務。例如個人可以透過智慧手環來偵測生理數據，一旦出現異常，手環就會發出訊息提醒，讓個人提早因應。

余振華表示，物聯網的概念並不新，但是必須有硬體才能發展，而現在智慧型手機越來越普遍，為物聯網打下基礎。

張忠謀直指，如果想要掌握物聯網商機，就要掌握三大技術：系統封裝、低功耗、感測器。對此，余振華也再三強調，「低耗對物聯網來說非常重要。第一，低耗能的技術，第二，感應器，第三就是系統整合。」

走入後摩爾時代，物聯網的發展，為產業帶來更多變化。余振華說，摩爾定律有很高的競爭門檻，但是後摩爾時代則不然。過去那些競爭失敗的舊公司，很有機會在後摩爾時代捲土重來，關鍵同樣在於物聯網。「物聯網需要的技術是很多元的，但不一定要是最先進的技術，只要能夠提供客製化的服務，老公司也能在物聯網時代重新變身。」為了維持領先地位，余振華表示，「物聯網時代，台積電把自己放在很重要的位置上。」務實作風 造就半導體王國做為全球半導體業的龍頭企業，外界對台積電的印象，多半是張忠謀以及台積電的光榮戰績。但是這樣的成就，並非憑空而來，而是跟台積電的企業文化非常有關係。

「台積電是一個很嚴謹，也很講究實際成果的公司。因為如果製程不嚴謹，出了問題，就會嚴重影響到公司。」一路走來，台積電以技術取勝，也見證許多競爭對手的起落，余振華認為，「我們比較務實，會去思考如何用最低成本，在最短時間內取得最好的成果，這叫做 ROIC，return on invested capital，從投資第一天就開始計算成本。」務實的風格，也讓他們面對重大成就時，顯得淡定許多。不管是過去的銅製程，還是現在的系統整合，都是重要技術，但余振華並不沾沾自

喜，「關於技術，有需要我們就做，當初也不知道銅製程會有這麼大的影響。」他也引用老長官的話，「蔣尚義很謙虛，他退休時講了一句話：當初做的一些決定，事前根本不知道是對是錯。很多決定都是因為執行得很好，才變成對的決定。」未來電磁聯盟是否有機會與台積電合作或交流？余振華提到，台積電有一個團隊，專門參與各項學術研討活動，他們也相當肯定電磁聯盟的成果。「電磁聯盟的師生對我們來說很重要，聯盟的教授，是一起研發的夥伴，學生則是未來的同事。對台積電來說，我們跟電磁聯盟，就像是生命共同體。