據臺積電在最新年報中披露，2021年，
臺積公司為535個客戶生產1萬2,302種不同的產品。
其應用範圍涵括整個電子應用產業，包括於個人計算機與其周邊產品、資訊應用產品、有線與無線通訊系統產品、高效能運算伺服器與資料中心、汽車與工業用裝置，以及包括數位電視、遊戲機、數字相機等消費性電子、人工智慧物聯網及穿戴式裝置，與其他許多產品與應用。
能夠獲得這樣的成就，與公司持之以恆的技術投入有重要的關係。按照臺積電所說，公司去年全年研發總支出佔營收之7。9%，此一研發投資規模相當於或超越了許多其他高科技領導公司的規模。這也幫助公司在多個領域進行了佈局。從財報可以看到，除了發展互補金氧半導體（CMOS）邏輯技術，臺積公司廣泛的對其他半導體技術進行研發，以提供客戶行動系統單晶片（SoC）及其他應用所需的功能。
具體而言，臺積電在2021年完成的技術包括以下這些：
1、透過第五代（Gen-5）CoWoS的驗證，矽中介層面積高達2，500平方毫米，可容納至少二個系統單晶邏輯晶片和八個高頻寬儲存器（HBM）小晶片堆疊；
2、成功驗證第七代整合型扇出層疊封裝技術（InFO-PoP）， 可支援具備增強散熱性的行動應用；
3、開始生產第三代整合型扇出暨基板封裝技術（InFO-oS Gen-3），提供更多的晶片分割及整合，擁有更大的封裝尺寸和更高的頻寬；
4、擴大90奈米、55奈米、40奈米以及22奈米技術的十二吋BCD技術組合，支援不同整合度的各種快速成長的行動電源管理晶片應用；
5、維持28奈米嵌入式快快閃記憶體儲器的穩定高良率且達成技術驗證，支援消費電子級與第一級車用電子技術應用；
6、40奈米電阻式隨機存取儲存器（RRAM）進入量產，28奈米和22奈米準備量產，以作為價格敏感的物聯網市場的低成本解決方案；
7、增加22奈米磁性隨機存取儲存器（MRAM）生產率，於2021年完成技術驗證，以支援下一世代嵌入式儲存器MCU、車用電子元件、物聯網，以及人工智慧應用；
8、在四相偵測（Quad Phase Detection， QPD）CMOS感測器結構達成13%的畫素尺寸微縮，支援行動影像市場。
而截止2021年，臺積電已經開發或已提供的製程技術包括：
邏輯製程技術
3奈米鰭式場效晶體管制程（Fin Field-Effect Transistor， FinFET）（N3）技術開發依照計劃進行並有很好的進展，並預計於2022下半年開始量產。
N3增強型（N3E）技術系N3技術的強化版，技術開發依照計劃進行並有很好的進展。N3E技術將持續針對行動通訊與高效能運算應用提供領先業界的優勢，量產時間預計在N3量產後一年進行。
4奈米FinFET（N4）技術為5奈米FinFET（N5）技術的強化版，已於2021年為客戶產品試產，並預計於2022年量產。
4奈米FinFET強效版（4nm FinFET Plus， N4P）技術開發依照計劃進行並有很好的進展，並預計於2022年試產。
N4X製程技術於2021年推出。此一技術系臺積公司針對高效能運算產品所量身打造，在臺積公司5奈米系列製程技術中，展現極致效能與最高運作時脈，預計於2023年上半年試產。
5奈米FinFET強效版（N5P）技術為N5技術的效能強化版技術，已於2021年量產。
6奈米FinFET（N6）技術於2020年量產，並於2021年廣泛應用於手機、高效能運算，以及消費性電子產品。
7奈米FinFET（N7）及7奈米FinFET強效版（N7+）技術已為客戶量產5G及高效能運算產品多年，並於2021年開始為客戶量產消費性電子與車用產品。
12奈米FinFET精簡型強效版（12nm FinFET Compact Plus， 12FFC+）技術於2021年第一季量產。
奠基於12FFC+的技術及矽智財生態系統的N12eTM技術，於2021年推出新的極低漏電的極高閥值元件（Extreme High Threshold Voltage， eHVT）。
22奈米超低漏電（Ultra-Low Leakage， ULL）（22ULL）技術於2021年推出新的強化版低漏電及具有成本效益的元件，進一步強化22ULL技術平臺，以支援客戶更廣泛的產品應用。
特殊製程技術
5奈米車用基礎矽智財（Foundation IP）開發依照計劃進行並有很好的進展，並預計於2022年透過AEC-Q100 Grade-2驗證。
N6射頻（Radio Frequency， RF）（N6 RF）技術於2021年開發完成，客戶產品投片預計於2022年開始。
16奈米FinFET精簡型（16nm FinFET Compact， 16FFC）射頻技術於2021接獲多個客戶產品的投片。
22ULL RF技術於2021年開始量產，涵蓋消費性電子與車用產品等應用。
22ULL嵌入式RRAM技術是臺積公司第二代RRAM解決方案，具備成本和可靠性的平衡。2021年已有多個客戶採用此一技術完成產品驗證並準備生產。
22ULL嵌入式MRAM技術矽智財於2021年完成超過100萬次的迴圈操作耐久性和迴流焊接能力的驗證。此一技術展現了汽車AEC-Q100 Grade-1能力，並已為客戶量產穿戴式產品多年。
28奈米ULL嵌入式快快閃記憶體儲器製程（eFlash）已透過AEC-Q100 Grade-1可靠性認證技術，於2021年完成安全產品驗證，並將為客戶量產。
十二吋晶圓40奈米絕緣層上覆矽（Silicon On Insulator， SOI）（N40SOI）技術提供領先業界的競爭優勢，於2021年接獲多家客戶產品投片，並預計2022年開始量產。
十二吋90奈米雙載子-互補式金氧半導體-擴散金屬氧化半導體強效版（Bipolar-CMOS-DMOS Plus， BCD Plus）技術於2021年透過驗證。臺積公司也於同年協助客戶完成新的設計定案，並採用此一技術開始量產。
第一代矽基板氮化鎵（Gallium Nitride on Silicon）技術平臺於2021年完成進一步強化，以支援客戶多元的市場應用。第二代矽基板氮化鎵技術平臺開發中，並預計於2022年完成開發。
持續精進互補式金氧半導體影像感測器（CMOS Image Sensor， CIS）技術，因應智慧手機對先進影像感測器的強勁需求。2021年，臺積公司協助客戶將世界最小畫素的產品匯入市場。
臺積公司成功於2021年採用壓電（Piezoelectric）微機電（Micro Electro-mechanical Systems， MEMS） （Piezoelectric MEMS）技術協助客戶推出首款微機電單晶片揚聲器。
具體而言，臺積電的特殊技術和應用覆蓋如下所示：
（1）混合訊號／射頻
隨著第五代行動通訊技術（5G）毫米波時代的到來，臺積公司已經提供了許多利用射頻設計-技術協同最佳化（DTCO）具有競爭力的技術解決方案。2021年，臺積公司持續提供6奈米射頻技術支援5G收發器設計，也提供40奈米特殊製程支援在6GHz以下設計的5G射頻前端模組（FEM），以及提供28奈米高效能精簡型強效版（HPC+）製程支援5G毫米波FEM設計。
（2）電源IC／雙極-互補金屬氧化半導體-雙重擴散金屬氧化半導體（BCD）
2021年，臺積公司擴大其十二吋BCD技術的製程組合，涵蓋90奈米、55奈米、40奈米以及22奈米，以因應快速成長的行動電源管理晶片應用，例如專用的5伏電源開關，以因應鋰電池驅動的功耗成長需求。90奈米BCD技術順利進入量產，支援5伏到35伏的廣泛應用，40奈米BCD 20/24伏技術也開始量產，具備超低功耗基準與整合式可變電阻儲存器模組。公司將持續開發28伏及5-16伏高壓元件以涵蓋更多的電源管理晶片應用。
（3）微機電系統
2021年，臺積公司完成壓電微機電技術的驗證，以生產具備高音質及快速響應的微機電揚聲器。未來計劃包含開發下一世代高敏感度壓電麥克風、十二吋晶圓微機電光學影像穩定（Optical Image Stabilization， OIS）系統、醫療用單晶片超音波感測器，以及車用微機電應用。
（4）氮化鎵半導體
2021年，臺積公司第一代650伏氮化鎵增強型高電子移動率電晶體（E-HEMT）完成驗證，進入全產能量產，市場已推出超過130款充電器。公司持續擴充產能以滿足客戶的需求。第二代650伏和100伏E-HEMT之質量因素（FOM）皆較第一代提升50%，預計於2022年投入生產。100伏空乏型氮化鎵高電子移動率電晶體（D-HEMT）已完成元件開發，預計於2022投入生產。此外，臺積公司也開始開發第三代650伏增強型高電子移動率電晶體，預計於2025年推出。
（5）互補式金氧半導體（CMOS）影像感測器
2021年，臺積公司在互補式金氧半導體影像感測器技術獲得數項技術進展，包括：
（a）在嶄新的四相偵測（Quad Phase Detection， QPD）感測器結構上畫素尺寸微縮13%，可支援行動影像感測市場；
（b）電容在雙重轉換增益（Dual Conversion Gain）與橫向溢位集合電容（Lateral Overflow Integrating Capacitor）影像感測器上實現畫素內嵌式三維高密度金屬-介電質-金屬（MiM），支援高動態範圍機械視覺與安全相機的應用；
（c）量產新世代車用影像感測器，具有比前幾代產品高25dB的動態範圍與低三倍的暗態電流，與可應用於自動駕駛輔助系統之能力。
（6）嵌入式快快閃記憶體儲器／新興儲存器
2921年，臺積公司在嵌入式非揮發性儲存器（Non-volatile Memory， NVM）技術領域達成數項重要的里程碑。在28納米制程方面，支援高效能行動運算與高效能低漏電製程平臺的嵌入式快快閃記憶體儲器開發維持穩定的高良率，並已透過消費性電子級與第一級車用電子技術驗證，預計於2023年完成最高規格第零級車用電子技術與產品驗證。臺積公司亦提供電阻式隨機存取儲存器技術，作為低成本嵌入式非揮發性儲存器解決方案，支援對價格敏感的物聯網市場。40奈米進入量產，而28奈米和22奈米已準備量產。
臺積公司也在嵌入式磁性隨機存取儲存器完成數項重要成就。已量產的22奈米MRAM，透過簡化整合製程已成功提高產能，於2021年完成技術驗證。支援車用電子應用的16納米制程亦維持穩定的高良率，預計於2023年完成技術驗證。同時，臺積公司完成了多功能磁性隨機存取儲存器之可行性評估，以因應客戶在微控制器（MCU）、人工智慧，以及虛擬實境（VR）應用上高速及低功耗之要求。
3DFabricTM ：臺積公司先進封裝技術
TSMC-SoICTM（系統整合晶片）三維矽堆疊製程技術中的晶片對晶圓（Chip on Wafer， CoW）技術，成功於2021年在客戶產品的靜態隨機存取儲存器（Static Random Access Memory， SRAM）與邏輯晶片的異質整合（Heterogeneous integration）上，展現出優異的電性表現。
CoWoS-S（Chip on wafer on substrate with silicon interposer）技術於2021年新增了嵌入式深溝槽電容的選擇以及擴大矽基板至三倍光罩尺寸，並且完成驗證，協助客戶在高效能運算產品運用上，能夠整合更多的邏輯與高頻寬儲存器（High Bandwidth Memory）。
CoWoS-R（Chip on wafer on substrate with redistribution layer interposer）技術於2021年完成技術驗證。
用於N 4晶圓覆晶封裝的細小間距陣列銅凸塊（C u bump）技術於2021年成功進入試產。2021年，臺積公司致力於維繫與許多世界級研究機構的強力合作關係，包括美國的SRC及比利時的IMEC。公司亦持續擴大與全球頂尖大學的研究合作，達到半導體技術進步和培育未來人才的二大目標。
2021年的研究成果
在財報上，臺積電還分享了公司在2021年的研究成果。首先看工藝製造方面：
（1）3納米制程技術
2021年，臺積公司建立平臺支援N3技術，支援高效能運算及系統單晶片應用，也開始試產，預計於2022年下半年開始量產。臺積公司也開始開發N3E技術，改善了生產製程容許範圍，具備更佳的效能與功耗，預計於N3製程量產一年之後量產。
（2）2納米制程技術
2021年，臺積公司進入2納米制程技術的開發階段，著重於測試載具之設計與實作、光罩製作，以及矽試產。主要進展在於提升基礎製程設定、電晶體與導線效能。
（3）微影技術
2021年，臺積公司的研發組織藉由提升晶圓良率達到可靠影像以支援3奈米試產，公司也提升極紫外光（EUV）的應用、降低材料缺陷與增進平坦化的能力以支援2奈米技術的開發。此外，臺積公司研發單位致力於減少EUV曝光機光罩缺陷及製程堆疊誤差，並降低整體成本。
臺積公司的EUV專案在功率輸出及穩定性上有持續性的突破，進一步提升生產力，在EUV微影製程控制、光阻材料光罩保護膜，以及光罩生產質量皆有進一步進展，進而提升良率，以達到大量生產所需的要求。未來，公司將持續研究下一世代產品的生產與節能契機，以支援EUV專案達成2050年淨零排放的長期目標。
（4）光罩技術
2021年，研發組織聚焦於提升極紫外光光罩線上寬控制和光罩層疊精準度的表現以符合3奈米微影製程的要求。藉由2奈米光罩材料與光罩製程的基礎開發，臺積公司持續精進極紫外光光罩技術。
來到導線與封裝技術整合方面，臺積公司將晶圓級晶片到晶片製程之細間距連線技術命名為3DFabricTM，其中包括在互連之前嵌入晶片的整合型扇出（InFO）、將晶片嵌入預製的線路重布層（RDL）上的CoWoS，以及晶片與晶片直接堆疊的SoIC。
臺積公司提供通用晶圓級系統整合（WLSI）技術系列，包括SoIC、晶圓上系統（SoW）和整合基板系統（SoIS），以滿足未來運算系統整合微縮的需求。在2021年，公司也取得了下述進展。
1.三維積體電路（3DIC）與系統整合晶片（TSMC-SoICTM）
系統整合晶片（TSMC-SoICTM）是創新的晶圓級前段三維積體電路（3DIC）晶片堆疊平臺，具有卓越的接合密度、互連頻寬、功耗效率和薄形輪廓，可透過系統級微縮來延續摩爾定律，具有持續性的效能提升和相對應的成本優勢。系統整合晶片接下來可以使用傳統封裝或臺積公司嶄新的3DFabricTM技術，例如CoWoS或整合型扇出來做封裝，以支援下一世代高效能運算（HPC）、人工智慧（AI）和行動應用產品。
目前臺積公司的SoIC製程預計於2022年下半年完成初步驗證。臺積公司將繼續追求系統整合晶片技術的微縮，以便與臺積公司先進的矽技術保持一致，進一步提高電晶體密度、系統PPA（功耗、效能及面積），以及成本的優勢。
2.後晶片（Chip-Last）CoWoS
含有矽中介層的CoWoS是針對高階高效能運算與人工智慧產品應用的2。5D領先技術。此技術之矽中介層具有次微米級的繞線層和整合電容（integrated Capacitors， iCap），因此可以在上面放置系統單晶片（SoC）和高頻寬儲存器（HBM）等各種小晶片。第五代CoWoS的矽中介層面積高達2，500平方毫米，可容納至少二個SoC邏輯晶片和八個HBM堆疊，已於2021年透過驗證。2022年，臺積公司的主要重點在於完成驗證CoWoS技術上嶄新的第三代HBM。
3.先晶片（Chip-First）整合型扇出（InFO）
2021年，臺積公司持續領先業界大量生產第六代整合型扇出層疊封裝技術（InFO-PoP Gen-6）以支援行動應用，並生產第三代整合型扇出暨基板封裝技術（InFO-oS Gen-3）支援HPC晶粒分割的應用。第七代InFO-PoP也已成功透過驗證支援行動應用和增強散熱效能。第四代InFO-oS如期完成開發，可提供更多的晶片分割，整合更大的封裝尺寸和更高的頻寬。
4.先進導線技術
藉由實現領先技術，臺積公司先進的導線技術持續協助客戶強化競爭力2021年，嶄新材料的開發達成了導線電阻與電容的降低，以提升晶片效能。此外，匯入創新的導線訊號佈線與功耗設計，可提升晶片效能，並同時降低成本。
正在研究的先進技術
元件及材料的創新持續提升先進邏輯技術的效能並降低功耗。2021年，臺積公司與二所一流大學合作，成功展示一個在半金屬鉍（Bi）和半導體的單原子層二維過渡金屬二硫族化合物間的創紀錄低接觸電阻，實現了單原子層二硫化鉬二維電晶體的最高導通狀態電流密度。
2021年五月，此項突破發表於全球最重要科學期刊之一的《自然》（Nature）。在2021年舉行的國際電子元件會議（International Electron Device Meeting， IEDM），臺積公司展示了另一項接觸技術，進一步提升熱穩定性和相對的低接觸電阻，該成果亦獲得正面的媒體報導。
臺積公司持續研究新興的高密度、非揮發性儲存器元件和硬體加速器以支援人工智慧和高效能運算應用。臺積公司與美國重點大學密切合作，在國際固態電路會議（International Solid-State Circuits Conference， ISSCC）和超大型積體電路技術與電路研討會（Symposiaon VLSI Technology and Circuits， Symp。 VLSI）等高規格會議上發表了數篇關於使用電阻式儲存器（RRAM）進行儲存器內運算的論文。儲存器選擇器是實現高密度非揮發性儲存器的關鍵元件。
在2021年的超大型積體電路技術與電路研討會，臺積公司展示了一種高效能無砷的鍺碳碲閾值型選擇器，具有超過1011次迴圈的創紀錄高耐久性，以及約1。3伏的低閾值電壓和約5納安培的低漏電流。
在2021年的國際電子元件會議，臺積公司進一步推出了一種氮摻雜的鍺碳碲選擇器，能夠與後段製程相容並且具有超低的迴圈到迴圈間的閾值電壓變動。臺積公司也在2021年的超大型積體電路技術與電路研討會上展示了數種新技術來達成多階儲存器單元（MLC）資料儲存，支援神經網路應用，包括多階儲存器單元的相變化儲存器（PCM），其保留時間提高了10萬倍，同時將推論的準確度下降保持在3%以內。
圖片說明：以上計劃之研發經費約佔2022年總研發預算之80%，而總研發預算預估約佔2022全年營收的8%。
為保持公司的技術領先地位，臺積電表示，公司計劃持續大量投資研發。在臺積公司3奈米及2奈米先進CMOS邏輯技術持續進展時，臺積公司的前瞻研發工作將聚焦於2奈米以
下的技術、三維電晶體、新儲存器，以及低電阻導線等領域，為未來技術平臺建立堅實的基礎。
臺積公司的3DIC先進封裝研發，正在開發子系統整合的創新，以進一步增強先進的CMOS邏輯應用。公司亦加強聚焦於特殊製程技術，例如射頻及三維智慧感測器，以支援5G及智慧物聯網的應用。
先進技術研究部門持續專注於未來八至十年後可能採用的新材料、製程、元件和儲存器。臺積公司也持續與學術界和產業聯盟等外部研究機構合作，旨在為客戶儘早瞭解和採用未來具有成本效益的技術和製造解決方案。
憑藉著高度稱職及專注的研發團隊及其對創新的堅定承諾，臺積公司有信心能夠透過提供客戶有競爭力的半導體技術，推動未來業務的成長和獲利。
