这类芯片制造材料，能淘汰吗？

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文章摘要

全氟和多氟烷基物质（PFAS）在电子和半导体行业中广泛使用，但由于其持久性和潜在的生物累积性，对环境和人类健康构成威胁。电子和半导体行业是PFAS的主要消费领域，尤其是在集成电路、电池和显示器的制造过程中。随着电子产品的普及，PFAS的使用量预计每年增长10%，这使得减少PFAS的使用成为行业的重要课题。

设计阶段是减少PFAS使用的关键。通过优化集成电路制造中的金属层堆叠和图案化复杂性，可以有效减少PFAS的使用量。例如，使用极紫外（EUV）光刻技术相比深紫外浸没（DUV）技术，在7nm工艺节点中，PFAS层减少了18%。此外，减少后端金属堆叠层数可以使脉动阵列中的含PFAS层减少1.7倍。

PFAS的使用与隐含碳之间存在复杂的权衡。虽然EUV技术在某些情况下可以减少PFAS的使用，但其能耗较高，可能导致碳排放增加。因此，设计师需要在减少PFAS和降低碳足迹之间找到平衡。通过案例研究，减少后端金属层数可以在不显著影响芯片性能的情况下，显著降低PFAS的使用量。

PFAS的广泛使用不仅限于光刻，还涉及抗反射涂层、顶层涂层和其他功能性涂层。这些涂层在半导体制造中起到关键作用，但同时也带来了环境风险。PFAS通过废水、空气排放和土壤渗滤液进入环境，难以通过现有的污水处理技术完全去除。因此，在制造阶段减少PFAS的使用比修复更为重要。

为了量化PFAS的使用，研究人员提出了一个分析建模框架，该框架基于制造设施的详细特征和半导体光刻工艺的复杂性，帮助设计师在设计阶段估算PFAS的消耗量。该框架还集成了碳建模工具，以量化PFAS使用与碳排放之间的权衡。通过这一框架，设计师可以在设计阶段识别优化机会，减少PFAS的使用。

减少PFAS的使用不仅是技术问题，也是设计理念的转变。设计师需要在传统性能指标（如功耗、性能和面积）之外，考虑环境影响。通过延长硬件寿命、重新利用硬件和优化制造工艺，可以减少电子废弃物中的PFAS排放。此外，异构Chiplet系统也为减少PFAS使用提供了新的机会，尽管其封装工艺可能引入新的挑战。

总之，减少PFAS的使用是电子和半导体行业迈向可持续发展的重要一步。通过在设计阶段优化制造工艺、量化PFAS使用与碳排放的权衡，以及探索新的设计理念，行业可以在减少环境影响的同时，继续推动技术进步。