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              半導體行業計量七大挑戰及對應優先重點領域

              2023-06-13 09:33:24中國計量科學研究院 計量文獻館閱讀量:652 我要評論


              導讀:2023年6月5日,美國國家標準與技術研究院NIST發布《半導體生態系統中的計量差距:建立芯片研發計量計劃的第一步》報告。

                【化工機械設備網 市場分析】2023年6月5日,美國國家標準與技術研究院NIST發布《半導體生態系統中的計量差距:建立芯片研發計量計劃的第一步》報告,指出半導體行業面臨的計量挑戰,以及芯片研發計量計劃的創建、發展和戰略重點。報告指出了影響半導體生態系統中計量差距的10個優先重點領域,以解決美國微電子工業中最高優先級的計量差距。報告指出計量是所有芯片研發計劃的基礎,將與其他芯片研發項目緊密相連。
               
                一、計劃概述
               
                2022年8月,美國發布《芯片與科學法案》,法案通過微電子研究和下一代測量科學方法、標準和制造方法的開發,強調計量在美國確立半導體行業領導地位方面的關鍵作用。該法案要求NIST建立計量計劃,通過推進測量科學、標準、材料表征、儀器儀表、測試和制造能力,加強美國微電子面向未來的變革性應用和發展。2022年9月,NIST發布《美國半導體行業的戰略機遇》報告,對美國半導體生態系統面臨的關鍵計量挑戰以及應對這些挑戰的策略等進行了分析。報告強調,美國半導體行業正處于關鍵發展階段,而計量是最主要的挑戰,也是最亟待解決的關鍵問題。美國要繼續占據全球半導體產業的領先地位,就要在半導體的測量服務、先進計量研發試驗臺、先進制造計量新技術來源以及標準等方面發力并迎接挑戰。2023年4月25日,NIST發布《美國國家半導體技術中心愿景和戰略》報告,報告闡述了美國國家半導體技術中心(NSTC)將如何加快美國開發未來芯片和技術的能力,以保障美國的全球創新領先地位。2023年6月5日,NIST正式發布《半導體生態系統中的計量差距:建立芯片研發計量計劃的第一步》報告,指出芯片研發計量計劃,并將其進一步細化為10個優先重點領域,以解決最關鍵的計量研發缺口,旨在通過先進的測量、標準化、建模和仿真來加強美國半導體產業。
               
                、美國半導體生態系統面臨的關鍵計量挑戰
               
                2022年9月的《美國半導體行業的戰略機遇》報告中,確定了從計量學角度需要重點關注的7大挑戰,以實現美國領導的全球半導體行業的未來國家愿景。到2022年11月,芯片研發計量計劃將其投資組合進一步細化為10個優先重點領域,以解決最關鍵的計量研發缺口。七大挑戰及對應優先重點領域如下:
               
              重大挑戰
              行業/產業缺口
              戰略重點
              優先重點領域
              1.材料純度、性能和來源的計量
              通過開發新的測量和標準,滿足不同供應鏈對半導體材料純度、物理性能和來源的日益嚴格的要求
              開發專注于缺陷和污染物識別的測量技術、性能數據和標準,以支持整個供應鏈統一的材料質量和可追溯性
              先進材料和設備計量
              2.面向未來微電子制造的先進計量技術
              確保關鍵計量技術的進步與前沿和未來的微電子和半導體制造并駕齊驅,同時保持美國的競爭優勢
              推進物理和計算計量工具,以適應先進的復雜、集成技術和系統的下一代制造
              先進材料和設備計量
               
              納米結構材料表征計量學
              3.在先進封裝中實現集成組件的計量
              提供跨越多個長度刻度的計量和物理特性,以加速未來一代微電子產品的先進封裝
              發展精密元器件與新材料的復雜集成計量,支撐強大的國內先進微電子封裝產業
              適用于3D結構和設備的高級計量技術
               
              先進封裝的材料表征計量
              4.半導體材料、設計和元件的建模與仿真
              改進對未來半導體材料、工藝、器件、電路和微電子系統設計進行有效建模和模擬所需的工具
              使用多物理模型和下一代概念(如人工智能和數字孿生)創建先進的設計模擬器,使美國微電子設計師能夠勝任
              高級模型的驗證和確認
              5.半導體制造過程的建模與仿真
              無縫建模和模擬整個半導體制造過程,從材料輸入到芯片制造、系統組裝和最終產品
              開發先進的計算模型、方法、數據、標準、自動化和工具,使國內半導體制造商能夠提高產量,加快上市時間,增強競爭力
              面向下一代制造流程的高級建模
              6.微電子新材料、工藝和設備的標準化
              規范支持和加快微電子和先進信息通信技術發展和制造的方法
              為下一代材料、工藝和設備創建標準、驗證工具和協議,為美國工業加速創新和提高成本競爭力鋪平道路
              高級測量服務
               
              設備和軟件的互操作性標準
               
              自動化、虛擬化和安全性標準
              7.計量增強微電子元件和產品的安全性和來源
              創造必要的計量進步,以增強供應鏈中微電子組件和產品的安全性和來源,并增加信任和保證。
              尋求一種全面的硬件安全保護方法,包括標準、協議、正式測試流程和先進的計算技術,同時為供應鏈和最終產品中的微電子組件提供保證和來源。
              供應鏈信任和高級計量的保障
                、優先發展重點領域,確保美國在半導體領域的領導力
               
                NIST通過利益相關者參與和內部規劃收集的數據證實,行業、學術界和政府組織需要在半導體設計和制造價值鏈的所有階段采用更先進的計量方法,包括實驗室的基礎和應用研發、大規模原型設計、工廠制造以及組裝、封裝和性能驗證等,列出了10個優先重點領域,以解決美國微電子工業的最高優先級計量差距。10個優先重點領域分為兩大類,分別為:
               
                1.自動化、虛擬化和安全性:
               
                (1)供應鏈信任和高級計量的保障
               
                (2)高級模型的驗證和確認
               
                (3)面向下一代制造流程的高級建模
               
                (4)自動化、虛擬化和安全性標準
               
                (5)設備和軟件的互操作性標準
               
                2.下一代微電子計量:
               
                (1)先進材料和設備計量
               
                (2)納米結構材料表征計量學
               
                (3)高級測量服務
               
                (4)適用于3D結構和設備的高級計量技術
               
                (5)先進封裝的材料表征計量
               
                、我國的啟示和建議
               
                半導體對美國的國家安全、經濟增長、以及公共健康安全至關重要。半導體的革命性進步繼續推動通信、信息技術、醫療保健、軍事系統、交通、能源和基礎設施領域的創新。隨著設備變得更復雜、更小和多層,并提供前所未有的性能,半導體創造轉型變革的潛力正在成倍增加。
               
                而發展半導體的真正挑戰是計量,計量在半導體制造步驟中扮演著重要角色,計量進步是加速半導體行業創新的基礎。從實驗室的基礎和應用研發到概念驗證、大規模原型制作、工廠制造、組裝和包裝,以及最終部署前的性能驗證,半導體技術發展的所有階段都需要計量。計量和標準在美國芯片研發創新中的地位舉足輕重,作為美國國家標準與技術研究院,NIST是研發創新的引領者,NIST在開發半導體制造的計量工具、標準和方法方面發揮著關鍵作用。通過《芯片法案》,美國政府批準了支持美國半導體制造、研發和供應鏈安全的激勵措施和計劃。國會已明確授權并撥款加速NIST下一代微電子的計量研發,以實現立法目標。
               
                該報告是NIST建立和擴大計量研發計劃的重要路線圖,以支持美國半導體行業下一代微電子的重點戰略。通過推進測量科學、標準和技術,促進美國的創新和工業競爭力??梢钥闯?,美國希望通過解決計量挑戰,推動美國半導體行業發展,將美國定位為下一代微電子所必需的計量領域的全球領導者。
               
                近年來,我國半導體產業在國家科技計劃和政策支持下取得了快速發展。面對國際半導體產業的新競爭格局,我國應積極應對,制定半導體領域發展戰略和協同措施,做好近、中、遠期重點任務的統籌和協調。重視計量在半導體中的地位和作用,加大科技投入,建立我國半導體領域國家計量戰略科技力量,充分發揮國家級計量科研機構的引領作用,集中優勢力量加快計量研發和創新速度,實現我國在半導體領域的科技自立自強。
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