Para fabricantes de chips, o desafio de descarbonização está a montante

A indústria de semicondutores está vivendo um paradoxo. Por um lado, os avanços contínuos nas capacidades de chip estão impulsionando o esforço global para reduzir as emissões de carbono por meio de eletrificação e melhorias na eficiência energética nos dispositivos e em todos os tipos de equipamentos, de aparelhos a máquinas pesadas. Por outro lado, a fabricação de semicondutores causa emissões significativas, responsáveis ​​por tanto co ₂ saída quanto metade das famílias dos EUA. A pegada de gases de estufa dos fabricantes de chips deve aumentar significativamente nos próximos anos, à medida que a capacidade se expande para atender ao crescimento da demanda por semicondutores para obter dispositivos com eficiência de energia. Os chips de lógica e memória serão necessários em quantidades maiores, assim como os chips discretos, analógicos e optoeletrônicos (DAO). Ao mesmo tempo, a complexidade da produção está aumentando à medida que os nós avançados inovadores, principalmente nos segmentos de lógica e memória, diminuem o tamanho - uma melhoria que requer mais eletricidade e usa mais gases de processo e outras matérias -primas que alimentam ainda mais o aquecimento global. (Ver Anexo 1.)

Without immediate action, this situation will likely worsen. Chip makers’ greenhouse gas footprint is expected to widen significantly in the next few years as capacity expands to meet the growth in demand for semiconductors to power energy-efficient devices. Logic and memory chips will be needed in greater amounts, as will discrete, analog, and optoelectronic (DAO) chips. At the same time, production complexity is increasing as innovative advanced nodes, particularly in the logic and memory segments, decrease in size—an improvement that requires more electricity and uses more process gases and other raw materials that further fuel global warming. (See Exhibit 1.)

À medida que essas tendências se desenrolam, as empresas de semicondutores estarão sob pressão crescente para descarbonizar, especialmente para apoiar a limitação do aumento global de temperaturas a 1,5 ° C, conforme declarado no Acordo de Paris. Grande parte do impulso virá de duas fontes. Primeiro, os clientes de chip-empresas de tecnologia, fabricantes de dispositivos, players automotivos e uma série de outros em diferentes setores-estão definindo metas ambiciosas de redução de emissões (geralmente estimuladas por seus próprios clientes que favorecem produtos verdes) e estão pedindo a seus fornecedores que ajudem nesse esforço. Trinta por cento dos contratos de fornecedores de OEMs automotivos já incluem CO ₂ footprint limits, and that is expected to reach as much as 80% by 2030. Second, regulatory guardrails, such as the European Union’s Corporate Sustainability Reporting Directive and the proposed US Securities and Exchange Commission rules, are designed to force companies to be more transparent and accurate about their emissions records across their supply chain as the first step for developing mitigation plans.

Faced with these pressure points, and in an effort to improve their environmental performance, semiconductor companies have begun to measure and take steps to minimize Scope 1 and Scope 2 emissions—essentially, emissions that are directly caused by their own operations and the energy consumed during that operation. But to accelerate their carbon reduction, chip companies must also target emissions from upstream Scope 3 activities. These primarily encompass CO ₂ Saída contribuída pelos fornecedores; em outras palavras, matérias -primas, fabricação, Logística e similares relacionados à produção de fornecedores. (Veja o Anexo 2.) O escopo a montante 3 compreende hoje 40% das emissões de carbono dos fabricantes de chips (excluindo o escopo 3 emissões a jusante, que cobrem o uso real de um chip pelos clientes ao longo de sua vida útil). nível de fornecedor. Mas, para isso, exigirá negociações muito mais complicadas do que apenas concordar com novos contratos e estabelecer novos

With several new fabrication plants already announced and an upsurge in activity at existing fabs, chip makers face a window of opportunity to tackle this significant source of their total emissions at the supplier level. But to do so will require negotiations that are much more complicated than merely agreeing on new contracts and setting up new Cadeias de suprimentos . As fontes de emissão na cadeia de suprimentos a montante são distribuídas por inúmeras empresas e materiais e várias regiões com diferentes culturas de fabricação. A descarbonização desta vasta rede exigirá uma mudança fundamental no gerenciamento de fornecedores. As empresas de chip terão que trabalhar muito mais perto de seus fornecedores, monitorando e compartilhando estratégias de descarbonização com elas. Os fabricantes de chips também terão que repensar as cadeias de valor para colocar um prêmio sobre a redução do escopo 3 emissões. Atualmente, mesmo as emissões reais dos fornecedores de base é um desafio para muitos fabricantes, geralmente porque os fornecedores não têm uma compreensão suficiente dos elementos-chave que afetam as emissões das matérias-primas exóticas e de alta pureza usadas no

A Data-Driven Approach to Supply Chain Emissions

Altering their relationships with suppliers in such new and radical ways will not be an easy task for chip makers. Currently, even baselining suppliers’ actual emissions is a challenge for many manufacturers, often because suppliers do not have a sufficient understanding of the key elements that impact emissions from the exotic, high-purity raw materials used in the semicondutor indústria. Para ajudar a superar essa falta de transparência, compilamos um banco de dados abrangente de consumo de matéria-prima e fatores de emissão de carbono específicos do material. (Consulte o Anexo 3.) Dado isso, calculamos o escopo a montante 3 em todo o setor. (Observe que o escopo a jusante 3 emissões, cobrindo o uso do produto final ao longo de sua vida útil, bem como seu descarte ou reciclagem no final da vida, estão fora do escopo deste artigo, pois exigem abordagens muito diferentes para a medição e a redução. 3 emissões a montante, representando aproximadamente 60% do total. As bolachas cruas, os gases de processo e os metais são os piores criminosos nesta categoria:

Purchased goods and services are by far the largest contributor of Scope 3 upstream emissions, accounting for approximately 60% of the total. Raw wafers, process gases, and metals are the worst offenders in this category:

• As emissões de produção de wafer cru são acionadas principalmente pelo silício porque é usado em volumes mais altos do que os semicondutores compostos. No entanto, durante a produção de um quilograma de semicondutores compostos, como nitreto de gálio ou carboneto de silício, mais CO ₂ é normalmente emitido do que a mesma quantidade de silício. Isso se deve em grande parte ao fato de que os semicondutores compostos tenham maiores temperaturas de fusão e, portanto, consomem mais energia durante a produção de wafer bruta. Os vazamentos do PFC que estão bem abaixo de 1% durante a produção e o transporte já podem gerar impacto climático significativo. Como é difícil separar o consumo de metais na fabricação de chips de metais usados ​​em outros setores eletrônicos, como a fabricação de placa de circuito impresso, as estimativas de emissões dessa categoria superestimam potencialmente a contribuição real dos semicondutores. Além disso, pode ser deletério para o meio ambiente e para as comunidades, contribuindo para a escassez de água, principalmente em tempos de seca e em áreas onde a água é escassa.
• Emissions from process gas production and transport primarily come from nitrogen and argon but also from perfluorocarbons (PFCs), which are a group of highly potent greenhouse gases. PFC leakages that are well below 1% during production and transport can already generate significant climate impact.
• Metals-related CO₂ emissions are the result of emissions-heavy production processes (including mining and multiple remelting steps to reach the required purity) and the transport of these high-density materials. Since it is difficult to separate metals consumption in chip making from metals used in other electronics sectors, such as printed circuit board manufacturing, the emissions estimates from this category potentially overestimate the actual semiconductor contribution.

Significant water consumption by chip makers, especially of ultrapure water, contributes about 4% of Scope 3 upstream emissions. Moreover, it can be deleterious to the environment and to communities by contributing to water shortages, particularly in times of drought and in areas where water is scarce.

Other chemicals such as acids, photoresists, and solvents were found to have only limited Scope 3 upstream emissions associated with them, because they are used in lower volumes and more efficiently than process gases.

do ponto de vista de um fabricante individual de semicondutores, emissões associadas a provedores de serviços de fabricação, como fundições e montagem e teste de semicondutores terceirizados (OSAT), podem contribuir até 20% a 40% para o escopo 3 emissões. No entanto, como as fundições e os OSATs são as próprias empresas de semicondutores e a linha de base das emissões da indústria apresentada aqui é baseada no consumo total de matérias -primas da indústria, não listamos fundições e OSATs como uma categoria de escopo 3 separado. Em vez disso, incluímos o consumo de matéria-prima na linha de base geral. Notavelmente, as emissões são conduzidas quase inteiramente pelas próprias cadeias de suprimentos dos fabricantes de equipamentos. As emissões de projetos de construção de salas FAB e limpos não estão incluídos nesta análise, porque seu impacto geral no carbono é baixo devido ao seu longo ciclo de vida de até 50 anos. Problema

In the category of capital goods, front-end and back-end manufacturing tools and equipment are estimated to contribute another 20% to 30% to Scope 3 upstream emissions, according to reports from equipment manufacturers. Notably, emissions are driven almost entirely by the equipment manufacturers’ own supply chains. Emissions from fab and clean room construction projects are not included in this analysis, because their overall carbon impact is low due to their long life cycle of up to 50 years.

We estimated the remaining Scope 3 categories using company reports that pointed to fuel- and energy-related emissions, as well as to upstream transport, as further significant contributions.

A Logical Problem

Examinando quais tipos de chips têm o impacto mais adverso no ambiente durante o estágio de produção, lógica e chips de memória se destacam. (Consulte o Anexo 4.) O número de etapas do processo para produzir esses chips em tamanhos de nó de última geração (menos de cinco nanômetros) é três vezes o dos nós maduros. Cada etapa adicional do processo envolve mais fotolitografia, gases de processo e energia, aumentando assim CO ₂ emissões entre os escopos 1, 2 e 3 a montante. Além disso, a fabricação avançada de nós requer um número maior de equipamentos fabulosos de wafer de última geração, expandindo ainda mais a pegada ambiental. Embora a transparência ainda seja um grande desafio hoje, é apenas o ponto de partida dessa transformação. A sustentabilidade inevitavelmente se tornará um fator -chave nas decisões de fornecimento, e as relações de fornecedores serão marcadas por uma colaboração profunda para reduzir as emissões. CO

Pathways to Decarbonization

Driven by the complexity of emission sources, decarbonizing the supply chain requires a holistic transformation. Even though transparency is still a major challenge today, it is just the starting point of this transformation. Sustainability will inevitably become a key factor in sourcing decisions, and supplier relationships will be marked by deep collaboration to reduce emissions.

Semiconductor companies will have to pick from a variety of levers to create a holistic program for reducing Scope 3 upstream emissions, depending on the level of their CO ₂ Os esforços de redução e a criticidade da respectiva categoria de compras. (Veja o Anexo 5.) Essas alavancas podem ser divididas em quatro grupos:

• transformar a categoria adquirida. Para materiais críticos com CO ₂ Saída e caminhos desafiadores de descarbonização, é necessário investir em soluções inovadoras e pode ser a chave para garantir uma vantagem competitiva. Por exemplo, uma empresa de semicondutores poderia se juntar aos fabricantes de equipamentos fabulosos para desenvolver e implementar máquinas de litografia avançada, como a auto-montagem direta litografia, que pode melhorar a eficiência do processo, reduzir o consumo de recursos e potencialmente diminuir o número de etapas de processo necessárias para a manufatura. Doping de monocamada, que pode ajudar a reduzir o uso de produtos químicos e processar etapas, mantendo ou melhorando o desempenho dos semicondutores. Moreover, they could work with foundries to design new methods for doping (adding impurities), such as plasma doping or monolayer doping, which can help reduce the use of chemicals and process steps while maintaining or improving the performance of semiconductors.
• Engage selectively. Para categorias que têm caminhos desafiadores de descarbonização, mas que não são de missão crítica (como dielétricos que são usados, entre outras coisas, isolamento em circuitos integrados), colaborar com outros fabricantes de chips e gerenciamento de demanda, fornecedores e emissões são as abordagens corretas. Dessa forma, os esforços de desenvolvimento redundantes caros são limitados, enquanto as emissões de carbono para o escopo a montante de baixa prioridade, mas com alto carbono, são abordadas e reduzidas. Por exemplo, um fabricante de chips poderia ingressar em um consórcio da indústria forjado para desenvolver e adotar alternativas de baixa emissão aos gases fluorados (por exemplo, trifluoreto de nitrogênio e hexafluoreto de enxofre) usados ​​nos processos de gravação e limpeza da câmara plasmáticos.
• Let the market provide. in categorias que têm caminhos prontos para descarbonização, mas que não são missionários críticos (incluindo metais ou solventes básicos), concentre-se na seleção de fornecedores que estão usando materiais alternativos de menor emissão e que estão priorizando a descarbonização sempre que possível. Uma fabricante de chips pode definir uma meta de usar alumínio ou cobre de baixo carbono para interconexões e fiação e, em seguida, encontrar fornecedores comprometidos em usar essas matérias-primas e energia renovável em seus processos de produção. Como alternativa, um fabricante de chips pode priorizar os fornecedores que estão desenvolvendo agentes de limpeza de base biológica que são mais seguros para usar do que os produtos químicos e solventes tradicionalmente usados.
• Secure your supply. Para categorias de alto impacto com caminhos de descarbonização relativamente fáceis, concentre-se em parcerias estratégicas e acordos de longo prazo. Um fabricante de chips pode formar parcerias estratégicas com fornecedores para desenvolver e implementar em conjunto estratégias de economia circular, como reciclagem e reutilização de metais, produtos químicos, materiais de embalagem e até compostos cruciais (incluindo carboneto de silício). Isso reduziria o desperdício e as emissões associadas na cadeia de suprimentos, garantindo que os fabricantes de chips tenham fornecimento suficiente. Inscreva -se

Ação

Existem outras etapas que as empresas de semicondutores podem tomar. Eles podem ser mais lentos para produzir resultados, mas, a longo prazo, terão um impacto abrangente nas emissões de carbono. Por exemplo, os fabricantes de chips podem criar um banco de dados conjunto com jogadores em toda a cadeia de valor de semicondutores para desenvolver padrões para calcular e rastrear as emissões e curvas de redução do escopo a montante 3. Ou as empresas podem formar parcerias com fornecedores de produtos químicos para investigar se as alternativas verdes a produtos químicos perigosos podem ser produzidos de maneira econômica e executar os mesmos níveis que as abordagens tradicionais de produção. Muitas vezes, isso exigirá a transformação das relações de fornecedores em parcerias de longo prazo que abrangem atividades e compromissos em várias etapas no design e Fabricação processo. E novas tecnologias inovadoras, como Inteligência Artificial (Ai), presumivelmente impulsionar o progresso no monitoramento, previsão e redução de emissões de carbono .

Ele coloca muito nas placas das empresas de semicondutores para abordar proativamente um conjunto de questões que estão aparentemente fora de seu controle. Mas, à medida que os pedidos de descarbonização no setor de chips ficam mais altos e persistentes - e como o registro do setor de chips revela preocupações intratáveis ​​a montante - os fabricantes de chips não podem se dar ao luxo de ver as emissões de suas cadeias de suprimentos como o problema de outra pessoa. Agora é a hora de as empresas líderes agirem, garantirem seu próprio suprimento verde e se diferenciar fortemente aos olhos dos clientes, acionistas e fornecedores. Jan-Hinnerk Mohr