Sostenibilità dei semiconduttori all’IEDM – 3D InCites

Negli ultimi tre o quattro anni l’industria dei semiconduttori ha aumentato la propria attenzione alla sostenibilità. Dal 2011 ST Microelectronics e Intel hanno messo in atto forti sforzi in materia di sostenibilità, che si sono riversati anche sui loro fornitori attraverso l’attenzione alla sostenibilità della catena di fornitura. Quando Apple e Google hanno dichiarato nel 2020 che sarebbero diventate carbon neutral in tutta la loro catena di fornitura, la sostenibilità per l’industria dei semiconduttori ha preso il sopravvento.

Un articolo scritto da Harvard, Facebook e ASU affermava che l’industria dei semiconduttori nascondeva un piccolo sporco segreto e contribuiva ad accelerare l’azione climatica dell’industria dei semiconduttori. Hanno creato una ripartizione della ripartizione delle emissioni di carbonio di Apple. Subito dopo la pubblicazione del rapporto, SEMI è salita a bordo e ha formato il Semiconductor Climate Consortium, che ha partecipato alla COP28 il mese scorso.

Tuttavia, sai per certo che il settore è all-in quando IEDM, una delle principali conferenze tecnologiche del settore, dedica una sessione alla sostenibilità. Alla conferenza IEDM del 2023 a San Francisco, la sessione 28 è stata dedicata alla sostenibilità. Si trattava di una sessione focalizzata, il che significa che il comitato ha ritenuto che ci fosse sufficiente interesse per l’argomento per invitare i relatori a esprimere il loro punto di vista sulla sostenibilità nel settore dei chip. Sarà interessante vedere se l’IEDM ritiene che ci sia abbastanza interesse per la sostenibilità da continuare a offrire una sessione alla conferenza. C’erano sei documenti sull’argomento e tutti avevano un focus leggermente diverso sul tema della sostenibilità.

Imec ha aperto la sessione con un aggiornamento sul suo modello di impronta di carbonio, che esamina la CO₂ ciclo di vita dell’impronta dei chip semiconduttori da 28 nm a 14 A. Imec ha modellato l’industria CO₂ impronte lungo tutto il ciclo di vita del processo a partire dal 2019. Pertanto, la discussione si è concentrata sui risultati del continuo perfezionamento del modello. Il modello mostra che utilizzando le attuali tecnologie di processo la CO₂ e l’impronta idrica continuano ad aumentare, come si può vedere nella Figura 1. C’è un piccolo sollievo quando EUV entra a far parte, ma è di breve durata.

Le conclusioni di Imec in questo momento sono che 1) è necessario ricorrere all’abbattimento per contribuire a ridurre le emissioni di gas serra (GHG) di ambito 1, 2) l’uso di elettricità più verde può ridurre il potenziale di riscaldamento globale (GWP) di 3 volte nei nodi avanzati e 3) materiali come poiché il silicio, i prodotti chimici umidi e i gas di processo della testa dell’involucro (CHG) devono essere ridotti per migliorare l’impronta di carbonio del settore. Imec ha sviluppato un modello net-zero che può essere utilizzato per la modellazione dei gas serra a livello di fabbrica e che è disponibile per i partner.

Applied Materials (AMAT) ha discusso delle attività interne implementate per raggiungere i suoi obiettivi 3×30 volti a ridurre l’energia, l’impatto ambientale delle sostanze chimiche e l’impronta delle camere bianche del 30% entro il 2030. Nelle sue valutazioni, AMAT doveva considerare non solo le sue attrezzature ma anche le apparecchiature del suo fornitore necessarie per far funzionare le apparecchiature di AMAT. Ciò include anche l’analisi della quantità di energia necessaria per purificare l’acqua utilizzata per il funzionamento delle apparecchiature, nonché l’acqua HVAC, di scarico e di raffreddamento.

AMAT ha creato modelli interni ed esterni che esaminano il consumo energetico e l’impatto chimico delle sue soluzioni di prodotto prima che vengano implementate. Gli ingegneri possono utilizzare un modello per esaminare diversi parametri di processo e il potenziale impatto dei gas serra che potrebbero avere prima di eseguire i wafer sull’hardware. Applied utilizza il modello net-zero IMEC insieme ai suoi modelli interni per esaminare come migliorare l’impronta delle apparecchiature e nuovi processi per ridurre le emissioni di gas serra.

Scotten Jones ha presentato il modello del carbonio di produzione di semiconduttori (TCM) di TechInsights. Il TCM si basa sul precedente modello di costo strategico della conoscenza dell’IC (SCM). Il modello copre fabbriche da 167.300 mm e 220 flussi di processo. Il modello consente di osservare il consumo energetico e le emissioni di gas serra. Il modello è stato validato per le emissioni energetiche di gas serra e per le emissioni chimiche di processo di gas serra riportate dalle fabbriche, e ha avuto una corrispondenza estremamente buona. Jones ha sottolineato che il miglioramento dell’abbattimento è fondamentale per ridurre le emissioni di gas serra di processo. Uno dei migliori slogan dell’intera conferenza è stato che i crediti per l’energia rinnovabile (REC) non equivalgono alla decarbonizzazione. Lo abbiamo già evidenziato in altri blog. L’industria deve creare più accordi di acquisto di energia o costruire la propria fornitura rinnovabile per garantire che l’industria sia sulla strada della decarbonizzazione piuttosto che fare affidamento su REC.

Theo Thijssen dell’ASML ha discusso gli sforzi dell’ASML nel miglioramento continuo del sistema di litografia EUV, come H₂ riciclo, miglioramento della CO₂ prestazioni del laser, utilizzo più efficiente dell’acqua di raffreddamento e sviluppo di una modalità di sospensione per lo strumento. L’efficienza della sorgente è stata migliorata del 280% dal sistema 3400 al sistema 3800.

Samsung ha presentato il lavoro svolto negli stabilimenti per migliorare la qualità dell’aria rimuovendo i contaminanti dal flusso d’aria degli stabilimenti. Samsung ha sviluppato un filtro ceramico efficace nel rimuovere i composti organici volatili (COV). Il filtro è inoltre riutilizzabile e può essere ricaricato semplicemente risciacquandolo in acqua. Samsung ha proposto che il filtro possa essere potenzialmente utilizzato in altri contesti per facilitare la rimozione dei COV. Samsung ha anche presentato l’uso dei fotocatalizzatori per facilitare la rimozione dei COV. L’azienda ha sviluppato un biocatalizzatore per contribuire a convertire l’NO_X tonnellata₂. La cosa più interessante è stato il processo di cattura del carbonio, in cui viene utilizzata una membrana per catturare la CO₂. Quindi, utilizzando il metano, formano H₂ e CO2, gas di sintesi, che può poi essere utilizzato per alimentare la fabbrica. Sarò interessato a seguire queste applicazioni per vedere se diventano commercialmente valide.

ST Microelectronics, che al momento è la prima azienda di semiconduttori a raggiungere l’obiettivo zero emissioni, previsto nel 2027, ha fornito una panoramica delle sue pratiche di sostenibilità. La ST ha spiegato come i prodotti responsabili siano classificati in quattro categorie che riflettono le loro caratteristiche intrinseche di eco-progettazione o la loro capacità di consentire applicazioni sostenibili. La prima categoria è quella dei prodotti a basse emissioni di carbonio, che presentano una bassa impronta produttiva. ii. La seconda categoria riguarda i prodotti ad alta efficienza energetica, che consumano meno elettricità durante il funzionamento. La terza categoria riguarda i prodotti rispettosi del pianeta che consentono soluzioni più ecologiche e, infine, i prodotti per il benessere umano che migliorano la qualità della vita degli utenti finali. La discussione ha riguardato l’iniziativa relativa ai minerali responsabili e la rimozione dell’acido perfluoroottanoico privo di PFOA dal flusso di processo.

Dal punto di vista della sostenibilità, il settore sta facendo progressi. Mentre alcune aziende, come ST Micro, lavorano sulla sostenibilità da molto tempo, per altre l’attenzione è più recente. Speriamo che il settore possa mantenere lo slancio e arrivare allo zero netto prima o poi.