來源：SiSC半導體芯科技 編譯

去碳化已成為全球大多數(shù)半導體公司的一項重要任務，但說起來容易做起來難。以下是半導體制造商和其他企業(yè)可以采取的減少碳足跡的措施。

國內(nèi)半導體制造業(yè)的恢復能力已成為全球大多數(shù)國家的當務之急。半導體幾乎對所有現(xiàn)代經(jīng)濟都至關重要，隨著技術不斷快速融入大多數(shù)市場產(chǎn)品，半導體已成為大多數(shù)行業(yè)的必需品。對定制化、連通性和 "智能 "設備的需求不斷增長，使得從咖啡機到心臟起搏器等各種產(chǎn)品對電子元件的需求不斷增加。

國內(nèi)半導體制造彈性已成為全球大多數(shù)國家的重中之重。半導體對幾乎任何現(xiàn)代經(jīng)濟都是必不可少的，隨著技術繼續(xù)快速集成到大多數(shù)市場產(chǎn)品中，半導體已成為大多數(shù)行業(yè)的必需品。對定制、連接和“智能”設備的需求不斷增長，增加了對從咖啡機到心臟起搏器等各種電子元件的需求。

隨著電子元件需求的增長，有關半導體制造對環(huán)境影響的討論也與日俱增。

氣候變化與國內(nèi)半導體制造業(yè)的適應能力一樣，已成為全球大多數(shù)國家政府的首要任務。對于許多公司來說，減少化石燃料、努力增加可再生能源技術、限制有害環(huán)境危害已成為與整體業(yè)務目標保持一致的重要方面。半導體行業(yè)也不例外。

半導體行業(yè)對溫室氣體排放的總體比例貢獻巨大。根據(jù)哈佛大學的一項研究，二氧化碳排放總量的 75% 是通過半導體制造過程本身產(chǎn)生的。芯片的功能越強大，對環(huán)境的影響就越大。消費設備和其他技術的不斷擴散，使半導體的碳足跡迅速增加，造成了巨大的生態(tài)債務。

最近，半導體制造商正在采用新的可持續(xù)發(fā)展實踐，以立即有效地減少排放。這在一定程度上是由于越來越多的國家制定了到 2050 年實現(xiàn)碳中和的宏偉目標。許多芯片制造商正著手實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的不朽目標，如英特爾承諾其新生產(chǎn)設施將 100% 使用可再生能源，臺積電打算到 2050 年將排放量減少到凈零。

這些行動將在減少快速增長的芯片行業(yè)對環(huán)境的影響方面邁出重要一步。由于許多半導體遺留的有毒物質(zhì)，在實現(xiàn)凈零排放的最后階段，可能需要采取更積極的策略。

半導體可持續(xù)發(fā)展實踐的不同范圍

半導體制造過程每年排放大量溫室氣體 （GHG）。這些溫室氣體排放的來源強度各不相同，具體取決于它們在半導體生產(chǎn)線上的生產(chǎn)位置。大多數(shù)制造過程中排放的溫室氣體被劃分為不同的分類，稱為“范圍”。

- 范圍 1：這些是自有或受控物質(zhì)的直接排放。根據(jù)麥肯錫的一份報告，范圍 1 排放 "來自晶圓蝕刻、腔室清潔和其他工作中使用的工藝氣體。這些氣體包括 PFCs、HFCs、NF3 和 N20，具有很高的全球升溫潛能值（GWP）"。

- 范圍 2：這些是外購能源或制造過程所用電力產(chǎn)生的間接排放。半導體需要大量的電力來生產(chǎn)，并需要水來冷卻。半導體的生產(chǎn)需要大量的化學物質(zhì)，其中一些是致癌物質(zhì)。由于政府出臺了更嚴格的法律，許多化學物質(zhì)已被清除，但還有一些化學物質(zhì)依然存在。這些化學物質(zhì)會滲入地下和水源多年。

- 范圍 3：這些輻射對半導體制造商來說更難控制。這些排放與使用含有半導體的產(chǎn)品直接相關。根據(jù)麥肯錫的說法，這些溫室氣體在不同的使用情況下會有很大的不同，因為 "間歇性使用的低功耗手持設備的排放量要比全天候運行的數(shù)據(jù)中心低得多"。范圍 3 分為兩種類型：上游排放和下游排放。下游指使用半導體成品的設備，上游指提供半導體制造所需的服務、硅或其他材料的供應商。

半導體行業(yè)的大多數(shù)可持續(xù)發(fā)展工作都圍繞著范圍 1 和范圍 2 展開。這些戰(zhàn)略通常與企業(yè)的運營目標相一致。例如，范圍 1 排放直接與工具相關的能源消耗有關，可以通過更換能效更高的工具、智能系統(tǒng)和更深入的監(jiān)管來減少。利用太陽能等可再生資源發(fā)電、優(yōu)化生產(chǎn)過程中的能效，以及在建筑物內(nèi)使用 LED 燈具，都可以減少范圍 2 排放。

當然，通過可再生技術限制范疇 2 排放取決于國家是否能獲得可持續(xù)的電力替代品。如果一個國家完全依賴化石燃料發(fā)電，那么半導體制造商就很難實現(xiàn)更好的能源優(yōu)化，從而減少整體溫室氣體排放。

總的來說，范圍 1 和 2 排放占半導體制造工藝釋放的所有排放量的 65%。范圍 3 上游和下游排放包括其余部分，由于沒有單一的解決方案，這給半導體制造商帶來了挑戰(zhàn)。上游范圍 3 排放被分解，并可能分布在數(shù)百家供應商和數(shù)千種材料中。根據(jù)麥肯錫的一份報告，半導體公司可以利用新方法和自動化基線工具，并實施跨職能計劃，為改善整體上游范圍 3 排放提供支持。盡管如此，它仍然需要與供應商進行嚴格的合作。

由于與個別工藝或材料相關的各種因素，缺乏清晰度和可見性阻礙了準確計算公司范圍 3 上游排放的嘗試。麥肯錫在其報告中指出，量化與實際三氟化氮 （NF3） 工藝相關的排放可能具有挑戰(zhàn)性，因為 GWP 的材料費率很高。然而，與NF3生產(chǎn)有關的逸散性排放，即無意中逸出的氣體，可能高于NF3工藝故意產(chǎn)生的估計排放量。

減少溫室氣體排放量的一種方法是限制與半導體制造商合作的供應商數(shù)量。

麥肯錫報告說："雖然晶圓廠在采購過程中可能會與數(shù)百家供應商打交道，但我們的分析顯示，大約六到十家供應商將占化學品、晶圓和氣體排放量的一半。麥肯錫報告說："在維護、備件和設備升級的資本支出方面，大約三到五家供應商的排放量將占一半以上。這些模式意味著半導體公司可以通過關注相對較少的供應商群體來解決大部分范圍 3 上游排放問題。

第一步應該是檢查一級供應商的采購數(shù)據(jù)，確保記錄材料的準確數(shù)量，從而建立詳細可靠的基準。在此基礎上，半導體公司可以建立排放基線，確定其裝飾杠桿，并根據(jù)半導體公司獨有的薄弱環(huán)節(jié)，努力減少公司應重點關注的排放，無論是減少廢物、實施可再生能源，還是優(yōu)化材料。

增加邏輯芯片和存儲芯片的使用將需要更多的電力和更先進的技術。半導體公司的目標是在本世紀下半葉實現(xiàn)凈零排放，因此必須加快步伐。

半導體公司和合作伙伴如何減少排放

溫室氣體排放問題是一個多管齊下的挑戰(zhàn)，需要采取不同的策略，因此任何解決方案都無法徹底解決這一問題。數(shù)據(jù)驅(qū)動的洞察力和人工智能正在幫助企業(yè)建立排放基線，以確定從哪里開始向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。數(shù)字工具可以幫助創(chuàng)建全面的數(shù)據(jù)庫，記錄從一級供應商處收集的原材料消耗和特定材料的碳排放因子。

根據(jù)這些信息，半導體制造商可以將這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)應用到其組織中，并研究如何降低排放量。

- 替代化學品： 事實證明，致癌化學品是半導體工業(yè)發(fā)展史上的一個問題。硅谷到處都是超級基金場地或污染區(qū)，有毒化學物質(zhì)滲入地下和其他水源，對環(huán)境和人類健康造成負面影響。在過去的幾十年里，環(huán)境保護局一直與英特爾等公司合作，清理這些地區(qū)，同時整個行業(yè)也逐步淘汰了一些危險性較大的物質(zhì)。繼續(xù)提高半導體制造過程中所使用化學物質(zhì)的透明度，有助于減少此類污染。

- 實現(xiàn)自動化： 在權衡人工智能溫室氣體排放和人力時，人工智能更勝一籌。制造自動化可降低人為錯誤的風險，預測并調(diào)整設計缺陷，并通過可監(jiān)控使用情況的算法提高整體能效，從而優(yōu)化流程。許多工作流程通過自動化得以精簡和簡化，通過實施自動化提高工廠的可持續(xù)發(fā)展能力就是其中之一。英特爾和三星都表示，多年來，他們的運營幾乎實現(xiàn)了全自動化。

- 有選擇性地選擇供應商： 一些供應商的碳足跡低于其他供應商，這一點不足為奇。最初，隨著行業(yè)不斷推動整體可持續(xù)發(fā)展，一些供應商已經(jīng)在改善溫室氣體排放方面采取了重要措施。與其與數(shù)百家碳足跡水平不一的供應商合作，不如與少數(shù)幾家供應商合作管理需求，解決上游范疇 3 材料問題以尋找替代品，開發(fā)并采用低排放替代品，這有助于大幅減少范疇 3 溫室氣體排放。

- 減少浪費： 這需要權衡利弊、權衡潛在風險與具體解決方案能減少多少溫室氣體排放。麥肯錫舉例說，一個晶圓在加工過程中要經(jīng)過 100 多種不同的化學槽。未來，工廠能否增加同時通過這些化學槽的晶圓數(shù)量？同樣，工廠也可以利用預測分析對生產(chǎn)線機器人進行維護，以減少不需要的備件。另一條途徑是擴大回收計劃，重新利用仍然符合行業(yè)標準的材料。

領導層對可持續(xù)發(fā)展的承諾和參與，對于在所有組織層面（包括技術、開發(fā)、運營和采購）推動去碳化的努力至關重要。去碳化的重點應該是改進與化學品、晶片和氣體有關的工作流程，因為無論范圍大小，它們都是造成大部分溫室氣體排放的主要因素。

Sourceability的工具套件，用于更智能、可持續(xù)的供應鏈

在分散而復雜的電子元件供應鏈中，各公司的去碳化努力各不相同。隨著半導體行業(yè)不斷推進低排放或凈零排放目標的實現(xiàn)，從利益相關者到設計團隊的廣泛團結是必要的。

開始實施去碳化戰(zhàn)略的最佳途徑是通過準確的數(shù)據(jù)收集，對當前的溫室氣體排放情況進行智能分析。此外，實現(xiàn)工作流程自動化以優(yōu)化流程，通過精確計算減少浪費，以及最大限度地減少生產(chǎn)過程中使用的有毒化學品，都有助于減少半導體公司的碳足跡。

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同樣，Datalynq 還提供預測分析，幫助企業(yè)對供應鏈中斷或即將到來的電子元件淘汰發(fā)出警報。積極主動的策略有助于減少過剩的電子元件庫存，防止不必要的重復訂購，并更好地致力于可持續(xù)發(fā)展實踐。

Sourceability 已準備好在 2024 年優(yōu)先考慮可持續(xù)發(fā)展，幫助半導體公司迎接更加綠色的明天。

審核編輯 黃宇