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NIST發布《半（bàn）導體（tǐ）生態係統中的計量差距：建立芯片研（yán）發計（jì）量計劃的第一步》報告

發（fā）布時間：2023-06-12 作者：來源：瀏（liú）覽：3247

2023年6月（yuè）5日，NIST發（fā）布《半導體生態（tài）係統中的計量差距（jù）：建立芯（xīn）片研發計量計劃的第一步》報告，指出半（bàn）導體行業麵臨的計量挑戰，以及芯片研發計量計劃的創建、發展和（hé）戰略（luè）重點。旨在通過先進的測量、標準（zhǔn）化、建模和仿真來加（jiā）強美國半導體產業。報告指出了影響半導體生態係（xì）統（tǒng）中計量差距的（de）10個優先重點領域，以解決美國微電子（zǐ）工業的最高優先級計量差距。報（bào）告指（zhǐ）出計量是所有芯片研發計（jì）劃的基礎，將與其他芯（xīn）片研發項目緊密相連。

一（yī）、計劃概述

2022年8月（yuè），《芯片（piàn）法案》向商務部撥款500億美元，用於美國半導體生產和（hé）研究。其中390億美元用於激勵半導體製造業（yè），包括建設、擴大或更新美國晶圓廠等；110億美元用於半導體的研發，在美國創建一個充滿活力（lì）的半導體創新（xīn）生（shēng）態係統，包括美國國家半導體技術中心（NSTC）、國家先進（jìn）封裝製造計劃（NAPMP）和三個美國製造業研究所，以推進半導體技術的研究和商業化。

《芯片法案》支持計量通過微（wēi）電子研究和開發（fā）下（xià）一代測量科學方法、標準（zhǔn）和製造方法，在恢複美國在半導體行業的領導地位方（fāng）麵發揮關鍵作用。該法案規定了芯片研（yán）發計劃中的計量（liàng）活動，要（yào）求（qiú）NIST建立一個計量計劃，通過多學科的研發工作來（lái）加（jiā）強美國半導體行業。

二、美國半（bàn）導體生態係統麵臨的關鍵計（jì）量挑戰

2022年9月的《美國半導體（tǐ）行業的戰略機遇》報告中，確定了從計量學（xué）角度需要重點（diǎn）關注的7大挑戰，以實現美國領導的（de）全（quán）球半導（dǎo）體行業的未來國家願（yuàn）景。到2022年11月，芯片研發計量計劃將其投（tóu）資組合進一步細化（huà）為10個優先重點領域，以解決最關（guān）鍵的計量研發（fā）缺口。七（qī）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（chóng）點	優先重點領域
1.材料純度（dù）、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（yào）求	開發專注於缺（quē）陷和汙染物識別的測量技術、性能數（shù）據和（hé）標準（zhǔn），以支持整個供（gòng）應鏈統一的材料質量和可追溯（sù）性	先進（jìn）材料和設備（bèi）計（jì）量
2.麵向未來微（wēi）電子製造的先進計量技（jì）術	確保（bǎo）關（guān）鍵計量技術的進步與（yǔ）前沿和未來的（de）微電子和半導體製造並駕齊驅，同時保（bǎo）持美國的（de）競爭（zhēng）優勢	推進物理（lǐ）和計算計量（liàng）工具，以（yǐ）適應先（xiān）進的複雜、集（jí）成技術和係統的下一代製造（zào）	先進材料和（hé）設備計量納米結構材（cái）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（yuè）多個長度刻度的計量和物理特性，以加速未（wèi）來一代微電子（zǐ）產（chǎn）品的先（xiān）進封裝（zhuāng）	發展精密元器件與新材料的複雜集成計量，支撐強大的國內先進微電子封裝產業	適（shì）用於3D結構和設備的高級計量技（jì）術先進封裝的材料表征（zhēng）計量
4.半導體材料、設計和元（yuán）件的建模與仿真（zhēn）	改進對未來半導（dǎo）體材料、工（gōng）藝、器件、電路和（hé）微電（diàn）子係（xì）統設計進行有效建模和（hé）模擬所需的工具	使（shǐ）用（yòng）多物理模型和下一代（dài）概念（如人工智能和數字（zì）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（jí）模型的驗證和確認
5.半導體製造過程的建模與仿真	無縫（féng）建（jiàn）模和模擬整（zhěng）個半（bàn）導體製造過程（chéng），從材料輸（shū）入到芯片製（zhì）造、係統組裝和最終產品（pǐn）	開發先進的計算模型、方法、數據、標（biāo）準、自動化和工具，使國內半導體（tǐ）製造商能夠提高產量，加快上市時間，增強競爭力	麵向下一代製造流程的（de）高級建模
6.微電子新材料、工（gōng）藝和（hé）設備的標準化	規範（fàn）支持和加（jiā）快微電子和先進（jìn）信息通（tōng）信（xìn）技術發展和製造的（de）方法	為下一（yī）代材料、工藝（yì）和設（shè）備創建標準、驗證工具和協議，為美國工業（yè）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（biāo）準
7.計（jì）量增強（qiáng）微電子元件和產品的安全性（xìng）和來源	創造必要的計量進步，以增強供（gòng）應鏈（liàn）中微電子組件和（hé）產品的（de）安（ān）全性和來源，並增（zēng）加信（xìn）任和（hé）保證。	尋求一種全麵的硬件安全保護方法，包括（kuò）標準、協議、正式測試（shì）流程（chéng）和先進的計算技術，同時為（wéi）供應鏈和最終（zhōng）產（chǎn）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

三、優先發（fā）展重點領域，確保美國在半導（dǎo）體領域的領導力

NIST通過利（lì）益相關者參（cān）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（jì）和製造（zào）價值鏈的所有階（jiē）段采用更先進的計量方法，包括實驗室的（de）基礎和應用研發、大規模原型設計、工廠製造以及組裝、封裝和性能驗證等，列出了10個優先重點領（lǐng）域，以（yǐ）解決美國微電子工業的最高優先（xiān）級（jí）計量差距。10個優先重點領域分為兩大類（lèi），分別為：

1.自（zì）動化、虛擬化和安全（quán）性：

（1）供應（yīng）鏈信任和高級計量的保障

（2）高級模型的驗證和確認

（3）麵向下一（yī）代製造流程的高級（jí）建模

（4）自動化、虛擬化和安全性標準

（5）設備和（hé）軟件的（de）互操作性標（biāo）準

2.下一代微電（diàn）子計量：

（1）先進材料和設備計量

（2）納米結構材料（liào）表征計量學

（3）高級測量服務

（4）適用於3D結構和設備的高級計量技術

（5）先進封裝（zhuāng）的材料表（biǎo）征計量

四、對我國的啟示和建議

半導體對美國的國家安全、經濟增長、以及公共健（jiàn）康安全（quán）至關重要。半導體（tǐ）的革命性進步繼（jì）續推動（dòng）通信、信息技術、醫療保健、軍事係統（tǒng）、交通、能（néng）源和基礎設施（shī）領域的創（chuàng）新。隨著設備變得更複雜、更小和多層，並提供前所未（wèi）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，計量在半導體製造步驟中扮演著（zhe）重要角色，計量進步是加速半導體行業創新的基礎。從（cóng）實驗室的基礎和應用研發到概念驗證、大（dà）規模原型製作、工廠製造、組裝和包裝，以及最（zuì）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（liàng）。計量和標準（zhǔn）在（zài）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（yǔ）技術研究院（yuàn），NIST是研發創新的引領者，NIST在開（kāi）發半導體製造的計量工具、標準和方（fāng）法方麵發揮著關（guān）鍵作用。通過《芯片法案》，美國政（zhèng）府批準了支持（chí）美國半導體製造、研發（fā）和供應鏈安全的激勵措施（shī）和計（jì）劃。國會已明（míng）確授權並撥款加（jiā）速NIST下（xià）一代微（wēi）電子的計量研發，以實（shí）現立法（fǎ）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（dǎo）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（xīn）和工業（yè）競爭力。可以看出，美國希望通過解（jiě）決計量挑戰，推動美國（guó）半導體行業發展，將美國定位（wèi）為下一代微電子所必需的（de）計量領域（yù）的全球領導者。

近年來，我國半導體產業在（zài）國家科技計劃和政策支持下取得了快速發展。麵對國際半導體產業（yè）的新競爭格局，我國應積（jī）極應對，製（zhì）定半導體領域發展戰略和協同（tóng）措（cuò）施，做好近（jìn）、中、遠期重點任務的統籌和協（xié）調。重視計（jì）量在半導體中（zhōng）的地位和作用，加大科技投入，建立我國半（bàn）導體領域國家計（jì）量戰略科技力量，充分發揮國家級計量科研機構的引領作（zuò）用（yòng），集中優勢力量加快（kuài）計量研發（fā）和創新（xīn）速度，實現（xiàn）我國在半導體（tǐ）領域的（de）科技自立自強。