什么是绿色、可持续的半导体制造技术？

2024/06/19

什么是绿色、可持续的半导体制造技术？

社会关注科学的真正原因

什么是绿色、可持续的半导体制造技术？

绿色、可持续的半导体制造技术优化了半导体制造中使用的所有输入资源，以最大限度地减少环境影响（绿化），例如二氧化碳₂排放，使半导体制造更加可持续。半导体是支持众多行业的基础产品，并且产量很大。然而，半导体制造涉及从原材料到最终产品的众多流程，形成了异常长的供应链。涉及的技术种类繁多，公司众多，因此准确评估半导体制造对整体环境的影响具有挑战性。迫切需要建立衡量当前环境影响的指标，并根据这些指标开发对策技术，以减轻环境负担。

2020年前后，全球半导体行业开始朝着半导体制造技术的绿色化和可持续发展采取行动。半导体制造的特点是供应链长，涉及的相关技术和产业种类繁多。要实现整个半导体制造流程的绿色和可持续转型，仅靠单个公司的努力是不够的；采取全行业集体方法至关重要。米乐m6官方网站（AIST）作为公共研究机构，正在积极领导推动这些工作。自2021年起，AIST主办了“下一代计算基础设施战略会议”，其主要目标之一是“系统地开发绿色、可持续的半导体制造技术”。电子和制造研究规划办公室主任 Noriyuki Uchida 解释了绿色、可持续半导体制造的现状和细节（这一主题目前势头强劲）。

半导体制造业正在转向绿色和可持续实践

半导体现已集成到各种产品中，被认为是现代社会的重要基础设施。它们是产业竞争力的源泉，对经济安全具有重大影响。因此，如果不能维持可持续生产，可能会给社会带来重大风险。与此同时，出于对气候变化和资源枯竭的担忧，所有行业都必须采取更加绿色的做法，例如减少温室气体排放和最大限度地减少资源消耗，半导体行业也不例外。为了继续半导体制造，绿色和可持续的实践至关重要。当苹果在 2020 年 7 月宣布其目标是到 2030 年在整个供应链中实现 100% 碳中和时，这一点得到了广泛认可。从这个时期开始，各种举措开始出现，包括欧洲半导体研发中心 Imec 的可持续半导体技术和系统 (SSTS) 计划，以及美国 SEMI 领导的半导体气候联盟 (SCC)。作为下一代计算基础设施战略会议活动的一部分，AIST 还组织了“绿色可持续半导体制造技术研究小组”，该会议研究了未来的战略。

推动整个半导体行业的可持续发展工作需要什么？

半导体制造的特点是供应链长、生产流程多、资源消耗大、产生大量废物。例如，半导体制造过程中使用的输入气体中不到 1% 最终进入半导体芯片，高达 99% 被作为废物丢弃。因此，每个利益相关者公司都在积极实施以可持续发展和绿色举措为重点的措施。通过协调这些努力，确保整个集团以“共同视角”运作，我们相信这些措施的效率和效果可以最大化。由全球半导体行业的主要影响者美国SEMI牵头的SCC的活动也是一项关键措施。 AIST 认为这种“共同观点”是评估绿色可持续性的制造指标，并正在推进其发展。

旨在建立与所有利益相关者共享的指标

我们如何为绿色、可持续的半导体制造创建通用指标？为了应对这一挑战，绿色可持续半导体技术研究组于 2022 年在下一代计算基础设施战略会议上成立。该小组包括来自日本的八家半导体制造相关公司，以及来自大学和研究机构的成员，共同讨论和探索未来的方向。讨论将通用指标定义为绿色制造指标 (GMM) 和以下政策。

1。对所有输入资源进行统一评估，作为半导体制造的第三个评估指标，与性能和成本并列
2。计算 GMM 的具体方法的开发
3。使用 GMM 评估方法的标准化和传播
4。结合生命周期评估（LCA）方法来减少环境影响，反映实际情况

重要的概念是，这些指标并不是为了“监管”，而是为每种技术的发展提供反馈。

AIST 正在为 GMM 考虑哪些指标？首先，我们正在考虑一个模型，将所有输入资源量转换为碳排放量 (CO₂排放）。重要的是，正如 Imec 在欧洲的 SSTS 计划所示，环境影响指标清晰且易于理解。考虑到碳定价，我们认为将资源使用量转化为碳排放量是有利的。目前，有关半导体制造相关碳排放的各种报告正在发布。然而，如果没有关于如何计算这些排放量的公开信息，则不能将其视为“共同观点”。因此，我们认为有必要开发纳入LCA概念的计算方法，并在国际上标准化这些方法。 AIST已入选经济产业省从2023年开始的国际标准化调查项目，以推动“绿色可持续半导体制造技术的国际标准化”为主题。

当构建基于 LCA 的模型来计算半导体制造的碳排放时，出现了一个重大瓶颈。瓶颈在于缺乏半导体材料（例如气体、化学品和零部件）生产过程的碳排放数据。减少措施。

提供公式作为决策指南

我们正在开发一个公式来计算半导体制造对环境的影响，同时整理碳排放数据。这是一个简单的公式，可将制造过程中使用的所有投入（包括设备（例如公用设备和减排系统）、所需的公用设施（例如电力和水）、原材料（例如硅片和树脂）、气体和化学品）转换为碳排放并将其汇总。

关键在于，这个公式使半导体供应链中的每个运营商能够估计其产品在制造过程中对环境的影响。通过了解其产品对环境的影响，公司可以采取措施，例如开发环境足迹较低的产品，以展示这些努力的有效性。它还帮助半导体制造商确定优先考虑哪些领域，以有效减少碳排放。这种计算半导体制造对环境影响的公式需要得到全球认可。该倡议旨在为绿色和可持续半导体制造建立国际标准化指标。

半导体制造分为两个主要工艺：“晶圆工艺”，将复杂的电路蚀刻到晶圆上；以及“封装工艺”，将晶圆切割、封装在树脂中，然后形成芯片。我们将开发一个反映每个工艺特征的碳排放计算公式，使我们能够估算从晶圆到芯片的总排放量。需要与广泛供应链中涉及的所有企业进行合作。 AIST 旨在成为此次合作的中心枢纽。

2023年，AIST成立了半导体前沿研究中心（SFRC），该中心不仅专注于先进半导体技术，还致力于开发旨在促进绿色可持续发展的技术和GMM评估指标。在SFRC，我们有一个名为“超级洁净室”的研发中心，该中心促进了300毫米硅片的加工，并实现了注重绿色可持续性的实用设备工艺评估。以该中心为基础，我们正在与环境科学、化学工艺和其他领域的内部专家团队建立协作框架，以解决绿色和可持续半导体制造领域的各种学科问题。

关于绿色可持续半导体技术的深入讨论仍处于早期阶段。然而，以SFRC为中心，我们将充分发挥AIST的优势，与国内外各政府机构、大学和企业合作，推动绿色可持续半导体技术的开发和传播，共创美好未来。