《ESG Weekly》:半导体硅片企业如何节能减排?
原创
2024-03-15 12:37 星期五
科创板日报记者 万静波
①半导体是电子信息产业的核心。但围绕芯片半导体的制造生产本身,则是一个高能耗行业;②鱼与熊掌能否得兼,能否既享受到科技进步带来的舒适便利,同时也不影响甚至破坏环境?值得深思。

《科创板日报》3月15日讯(研究员 金博)半导体是电子信息产业的核心。芯片技术正越来越多应用在智能手机、新能源汽车、智慧城市等领域,成为推动社会进步、增进生活福祉的科技“大脑”

不过,在全球都在推进环境保护事业、中国明确提出双碳目标的背景下,一个事实目前还不为公众所周知:不断迭代更新的半导体技术产品是在为节能减排作贡献,如最新一代的半导体氧化硅器件,已能降低50%的能耗;但围绕芯片半导体的制造生产本身,则是一个高能耗行业。

这是因为,芯片制造行业的产业链极其复杂,整个产业链仅工序就超过3000道,对水、电、气均有很高要求。不仅如此,配套的半导体相关设备的生产制造,也都需要电力支撑。因此,芯片制造业也是对能源、水、化学品和原材料要求非常高的资源密集行业。

鱼与熊掌能否得兼,能否既享受到科技进步带来的舒适便利,同时也不影响甚至破坏环境?值得深入思索。

节能减排事业,当然需要全社会的关注和参与。具体到半导体产业链的各参与方,我们可以看看,比如在最上游的半导体硅片领域,企业能够做些什么?

电、水、气:半导体硅片行业的减排压力

半导体产业,主要包括集成电路、光电子器件、分立器件和传感器件等产品。其中集成电路在整个产业中占比最高,超过80%。

而材料是半导体产业的基石:一代技术,依赖于一代工艺;一代工艺,则依赖一代材料和设备去实现。材料就这样处在了半导体产业链的最上游。

硅片,则是生产集成电路等半导体产品的关键材料。这是因为,在众多半导体原材料中,硅具有如下优点

其一、硅熔点高、禁带宽度大,可广泛运用于高温、高压器件;其二、硅具有天然优质绝缘氧化层,在晶圆制造时,可减少沉积绝缘体工序,从而减少生产步骤并降低制造成本;其三,这一点可能更为重要,硅在自然界中储量极其丰富,在地壳中约占27%,其开发成本显著低于其他半导体材料。

正由于硅的这些天然特性,硅片成为半导体行业重要的基础材料,目前产量最大,应用范围也最广,占全部半导体材料供应的90%以上。

由此,在整个半导体产业链中,硅片行业占据了基础一环。不过,这也因此对提供整个行业基础产品的硅片生产制造企业,在节能减碳方面,提出了严峻挑战。

知名咨询公司麦肯锡的报告,总结半导体行业的碳排放主要来自三类:

一是排放直接来自晶圆厂,主要是具有高气候变暖潜能值的工艺气体和传热流体,它们可能会泄漏到大气中;二是排放来自购买的电力、蒸汽、加热和冷却设备;三是包括公司产业链中的所有其他间接排放。

比如,制造过程中所必需的扩散炉,其运转温度必须达到648至1094摄氏度之间,这要耗费巨大的电量。而目前电能支持主要还靠化石燃料。

以台积电为例,据公开数据,2020年台积电用电量为169亿度,超过当年整个台北市的用电量。

彭博社报道称,2017年到2020年,台积电的温室气体排放量已超过美国通用汽车公司。一年的耗电量,约等于斯里兰卡的民用电量,而该国人口为2100万。

半导体产业的制造生产过程,对用水量也有很高要求。比如需用纯水对芯片杂质进行冲洗,而纯水来自淡水净化,必须占用大量水资源。资料显示,用水量大、废气排放量大,也是集成电路制造行业污染排放的共同特点。此外,集成电路制造业还大量使用对环境破坏较大的有机物。

由此可见,在全球保护环境呼声高涨的共同背景下,对半导体行业的节能减碳要求也在水涨船高,这使得硅片企业们必须想出更多应对之道。

中国硅片企业如何应对?

伴随庞大的对芯片产品的市场需求,中国的半导体产业正蓬勃兴起。围绕硅片领域的研发和生产制造,已成为中国半导体行业的重要领域,目前在科创板上市公司中,已出现沪硅产业、立昂微、弈斯伟、神工股份等一批硅片企业。

为了解国内硅片企业在节能减排方面的状况,《科创板日报》记者从科创板上市公司中,挑出沪硅产业和天岳先进这两家进行案例研究,通过公司官网、公开发布的ESG报告等信息,看看实际操作情况。

总的来看,这两家上市公司在减少温室气体排放、节约能源、使用清洁能源、进行清洁技术更新方面,都采取了一些积极举措

比如在减少温室气体排放环节,针对酸碱废气的处理,沪硅产业“采用湿式洗涤塔处理酸碱废气,将洗涤液与废气中的污染物充分接触,以中和废气中所含的酸性、碱性污物,达标后再通过出口烟筒排至大气”;

天岳先进则是通过新技术带动废气减排,“采用先进的酸碱排风工艺,增强气液混流反应效率,提高处理效率; 针对车间生产过程排放的有机废气,结合活性炭吸附技术与喷淋塔水洗,实现有机废气高效清洁,多方式节能技改实现污染物排放总量有效降低”。

在节约能源环节,沪硅产业“建立了热力回收系统。新傲科技动力站装有3台热回收冷水机组,通过对原有冷却塔散出的热量,进行回收制成热水,并接到动力站热水供应系统中,可节约大量电能,减少二氧化碳的间接排放。报告期内,回收的热量总计约2400万千瓦时,相当于风冷热泵节省用电约800万千瓦时”。

沪硅产业还“积极开发清洁能源,推动光伏发电项目建设,太阳能发电量累计达 850 万千瓦时”。

天岳先进则积极公司节能减排文化建设,“推进推行无纸化办公,更新ERP,OA系统,形成绿色办公氛围,提供早晚班车、设置新能源车辆充电桩、发放绿色出行补助等多项措施,鼓励员工绿色出行”。

相较来看,沪硅产业在ESG报告的制定发布、官网细节条款等方面,做得更细致全面。不过,和台积电、意法半导体等行业相对领先公司相比,这几家公司在节能减排领域的探索,还处在比较早期阶段。

作为资本、人力、技术密集的高精密制造业,包括硅片企业在内的芯片行业公司,在技术创新引领时代方面,已经走在了前面。有能力者强,有心力者远。对芯片行业公司提出更高要求,相信不仅仅是一种心愿,也是环保时代对领先者的祝福和期待。

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