迈向净零排放：减少芯片行业碳排放的关键是什么
本文由半导体产业纵横（ID:ICVIEWS）编译自semiengineering
为了应对气候危机，世界各国都在追求雄心勃勃的目标，即根据《巴黎协定》在 2050 年实现净零碳排放。3 月，中国台湾通过宣布其净零途径，加倍关注脱碳，环境保护署 (EPA) 正在将《温室气体减排和管理法》重塑为全面的《气候变化应对法》。
“计划到 2025 年将温室气体 (GHG) 排放量减少 10%，到 2030 年可能会进一步减少到 20%，”美国环保署气候变化办公室主任Ling Yi Tsai说。在 9 月举行的半导体可持续发展峰会聚焦三个主题：零废物的绿色创新、碳减排和半导体制造的可持续创新。
凭借其超大的碳足迹，半导体制造业将通过减少其温室气体排放量在帮助世界实现净零目标方面发挥关键作用。默克电子业务首席执行官 Kai Beckmann 在峰会上对 140 名观众发表讲话时表示，2020 年，半导体行业排放了 4100 万吨二氧化碳。80% 的输出来自范围 1（来自业务运营和制造）和范围 2（来自支持业务的外部来源，例如购买的电力）排放。范围 3 是来自企业供应链的排放。
创新技术将有助于实现碳中和。台积电董事长 Mark Liu 在 7 月举行的 SEMICON West 2022 可持续发展峰会上指出，先进制造不仅可以显著降低芯片的功耗，还可以显著降低整个晶圆加工生命周期产生的排放。
“5nm晶圆的功耗仅为28nm晶圆的7%，未来3nm晶圆也一定会走这条路。”刘说。“制造越先进，芯片在其整个生命周期中产生的碳排放量就越少。这就是台积电不断创新其制造技术的原因。我们相信这样做将为减少全球碳排放做出重大贡献。”
然而，芯片能效的提高并不一定意味着半导体制造的排放量降低。事实上，由于其布线要复杂得多，5nm 晶圆可能会排放更多的二氧化碳，imec 可持续半导体技术与系统项目总监 Lars-Åke Ragnarsson 在峰会上表示。
“随着晶体管缩小，它们的内部互连数量在增加，增加了沉积和蚀刻等制造工艺的复杂性，这将增加温室气体排放，”他说。“极紫外 (EUV) 光刻技术将是减少半导体制造过程中排放的关键。”
可再生能源和替代材料将是减少芯片行业碳排放的关键，越来越多的材料供应商正在采取措施提供环保解决方案。例如，随着半导体行业到 2050 年实现净零排放，氢能是一种关键能源，因其易于储存和跨境运输而受到越来越多的关注。日本和澳大利亚在氢能方面走在前列，澳大利亚计划在未来几年向日本输送液态氢。
液化空气远东总裁 Olivier Letessier 在半导体可持续发展峰会上表示，虽然氢能“可能无法解决半导体净零排放道路上的所有问题，但它将在能源转型中发挥重要作用”。该公司的母公司 Air Liquide 是工业和健康气体、技术和服务领域的领导者。“液化空气远东致力于帮助行业提高能源效率，更好地利用可再生能源。还提供其他解决方案，例如生物质气体。现在越来越多的公司提供氢能，随着采用率的提高，价格会下降。氢气必将成为未来的关键能源。”
替代材料供应商 Solvay 开发了新的解决方案，以减少半导体制造过程中产生的废料。Solvay 电子化学品和技术解决方案全球业务总监 Floryan De Campo 以该公司的两种产品——Interox 和 Solvaclean——为例，说明了它如何帮助客户回收聚偏二氟乙烯 (PVDF)，这是一种高度非反应性的热塑性含氟聚合物和芯片制造的副产品。
De Campo 在峰会上表示，芯片制造商可以使用这些产品将工业废物减少约 30%。Interox 是一种过氧化氢 (H2O2) 产品，是一种用于清洁硅晶片的化学品。Interox 是一种分解成水和氧气的绿色氧化剂，不会对环境造成危害。Solvaclean 是一种清洁气体，旨在用环保的氟化气体混合物替代三种主要清洁气体——C2F6、CF4 和 NF3。使用 Solvaclean 清洁反应室使制造过程更加环保，并显著提高半导体的可持续性。
整个半导体价值链的合作对于实现碳中和至关重要。施耐德电气是半导体气候联盟的创始成员，它提提出了一条通往可持续发展的道路——战略化、数字化、脱碳。该公司可持续发展业务副负责人 Bess Ng 表示。这个想法是让公司通过使用数字技术提高运营效率，并通过电气化减少能源消耗和排放，以便在芯片行业变得更加可持续时保持竞争力。
Ng 说，施耐德电气去年 4 月启动了一个零碳项目。她在峰会上概述了公司的可持续发展目标，表示其目标是与 1,000 家供应商合作，到 2050 年将温室气体排放量减半。截至 2022 年 7 月，已有 1,000 多家供应商加入了这一项目，但其中超过 70% 的供应商尚未量化他们的排放量。
“使用数字工具来评估、跟踪和改进将是实施企业可持续发展计划的第一步，”Ng 说。
来自先进半导体工程、戴尔技术、美光科技和台积电的代表也出席了半导体可持续发展峰会。